Расчет нефтеловушки
В основу расчета положена формула Стокса для определения скорости всплытия w шарообразных частиц в жидкой среде:
(5.37)
где g — ускорение силы тяжести; d — диаметр всплывающих частиц нефти; υ — кинематическая вязкость воды; ρв и ρн — плотности воды и нефти. Для практических расчетов вязкость воды постоянна и равна одному сантистоксу. Из формулы (5.37) следует, что скорость всплывания нефтяных частичек в воде в основном зависит от их диаметра и в меньшей степени от отношения плотностей. Это положение хорошо проиллюстрировано кривыми на рис. 5.8.
Рис. 5.8. Кривые скоростей всплывания частиц нефти в воде.
Для расчета размеров нефтеловушки примем, что отстой происходит в наиболее благоприятных статических условиях. Суточный объем стоков V устанавливается в соответствии с продолжительностью отстоя τ, который принимается около 2 ч.
Производительность отстоя Q = V/τ.
Примем, что объем камеры отстоя нефтеловушки равен V. Тогда
V = Fh,
где F — площадь сечения камеры; h — высота камеры.
Согласно условию за время τ частицы нефти, обладающие расчетной скоростью w, должны всплыть, т. е. пройти путь, равный h. Следовательно, h = wτ, a V — Fτw.
Подставляя значения V, получаем формулу Q — wF, которая показывает, что количество осветленной воды (или производительность отстоя) зависит только от скорости осаждения и свободной поверхности жидкости.
Такое положение существенным образом влияет на конструкцию нефтеловушек, которые имеют сильно развитую площадь свободного сечения и сравнительно небольшую высоту.
Современные нефтеловушки, как правило, имеют не менее двух камер отстоя и оборудованы шиберными затворами, позволяющими изменять высоту в камере отстоя в зависимости от суточного количества поступающих стоков. С помощью шиберного затвора отстоявшаяся нефть поступает в сборник и оттуда насосами откачивается в специальную емкость.
Изучение работы существующих конструкций нефтеловушек показало, что их эффективность может быть повышена за счет применения параллельных, наклонных перегородок. Известно, что в обычных нефтеловушках частицы нефтепродуктов всплывают на поверхность воды и образуют плавающую пленку.
Последующие опыты показали, что частицы нефтепродукта могут образовывать сплошные пленки на нижних поверхностях горизонтальных или наклонных пластин, погруженных в очищаемую воду. При разделении камер нефтеловушек параллельными перегородками на несколько продольных каналов увеличивается сепарирующая способность их, так как значительно сокращается путь прохождения частицы нефтепродукта до образования сплошной пленки. Так, при разделении камеры по высоте на десять каналов максимальный путь нефтяной частицы до образования сплошной пленки сокращается в десять раз. Это позволяет сократить длину камеры без снижения производительности отстоя. Наличие перегородок приводит к резкому снижению трубулизации потока и позволяет более равномерно распределять стоки по всему сечению нефтеловушки. Наилучшие результаты получены при угле наклона перегородок 45°. При этом нефть, отделенная от воды, поднимается по перегородкам на поверхность, а осадок скапливается на дне. В нефтеловушке описанной конструкции (рис. 5.9) улучшение степени очистки стоков, кроме ранее указанных факторов, будет зависеть еще от отношения расстояния между перегородками к полной глубине камеры и от длины перегородок.
Рис. 5.9. Нефтеловушка с параллельными перегородками.
1 — лебедка; 2 — переточная труба гидравлического затвора; 3 и 5 — нефтеотводящая и вентиляционная трубы; 4 — колпак; 6 — решетчатый настил; 7 — предохранительная решетка; 8 — пескоуловитель; 9 — шланг для удаления осадков; 10 — перегородка; 11 — осадок; 12 — трос; 13 — закрытый колодец для нефти.
Для сокращения потерь от испарения всплывающей пленки в нефтеловушке применен специальный колпак. Пространство под колпаком заполнено жидкостью, так как уровень сливной перегородки выше верха колпака. Колпак сверху имеет гидравлический затвор из чистой воды. Нефтепродукт (нефть), собирающийся под колпаком, под давлением воды поступает в сборный колодец через переливную трубу, расположенную сверху колпака. Ловушка закрытой конструкции позволяет резко сократить загазованность воздуха.
Как указывалось ранее, осветленная после отстоя вода не может быть выпущена в открытые водоемы из-за сверхнормативного содержания нефти. Поэтому воду после нефтеловушки следует дополнительно очистить.