Автоматизированная концевая совмещенная сепарационная установ­ка (КССУ) ОФ ВНИИКАнефтегаза 1 страница

Вариант

Вариант

Возможен непосредственный скачкообразный переход от исходно­го значения α = α₀ к конечному значению α = α_∞.

α

α_o

α_oo

β

β^/

Для этого случая существует две возможные формы кривых (рис.1.4 и 1.5).

Рис 1.4. Первый случай скачкообразного перехода концентраций

α

β

α_o

α_oo

β^/

α₂

α₁

Рис.1.5. Второй случай скачкообразного перехода концентраций

Их принципиальное отличие состоит в том, что в одном случае хорда, стяги­вающая значение α_∞, с точкой на кривой, отвечающей начальному значению α₀, пересекает данную кривую, а в другом случае кривая остается непересечённой.

Поверхность раздела зон А и В движется со скоростью, определяемой tgβ, а поверхность раздела зон В и D перемещается со скоростью, определяемой tg β'.

Для второй формы кривой данный тип осаждения возможен только в случае, если α₀< α₁ или α₀> α₂, т.е когда хорда не пересекает кривую.

Непосредственный скачкообразный переход от α = α₀ к α = α_∞ невозможен.

Для этого случая существует только одна возможная форма кривой, но в за­висимости от α₀ возможны два варианта ситуации.

Первый вариант характеризуется тем, что кривая j_f,s (α)в точке α₀ обращена выпуклостью вниз (рис.1.6).

α

α_o

β

β₂

α_oo

α₂

β₁

Рис. 1.6.Первый вариант перехода концентраций при невозможности скачка

В этом случае скорость перемещения границы между зонами А и В (V_AB) равна tgβ; скорость перемещения границы между зонами С и D (V_CD) равна тан­генсу угла наклона касательной к кривой, проведённой из точки α_∞ в точку, соот­ветствующую α₂, т.е. самую экстремальную точку вогнутой части кривой (tgβ₁). Скорость перемещения границы между зонами В и С равна tgβ₂, т.е. угла наклона касательной, проведённой к точке кривой, соответствующей α₀ (V_BC).

Для рассмотренного случая кинетика распределения зон по высоте может быть проиллюстрирована рис.1.7.

Область А – чистая жидкость (α = 0).

Область В – начальное значение концентрации (α = α₀).

Область С – промежуточная концентрация от α₀ до α₂.

Область D – конечная концентрация осадка α_∞.

На границе раздела ВС не происходит скачкообразного изменения объ­ёмной концентрации частиц, поэтому эта поверхность практически может не наблюдаться.

t

h

А

B

С

D

AB

AС

AD

СD

BС

Рис.1.7. Номограмма соотношений между зонами

Более того, зона С распространяется в зону В и при достижении границы АВ зона В исчезает. При этом скачок концентрации от α = 0 (зона А) до текущего α (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 за счет поджи­мания ее 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(α) в точке α₀ обращена выпуклостью вверх (рис.1.8).

α

α_o

α₁

β₁

α_oo

α₂

β₂

Рис. 1.8. Второй вариант перехода концентраций при невозможности скачка

В этом случае между областями В и С имеет место скачок объёмной концен­трации частиц и образуются три отчетливые поверхности раздела. Скорость пере­мещения границы между зонами В и C (v_bc) определяется тангенсом угла наклона касательной, проведённой из точки, соответствующей α₀, к минимальной точке кривой без её пересечения (tgβ₁). Скорость v_cd определяется тангенсом угла на­клона касательной, проведённой из точки α_∞ к самой экстремально вогнутой точке кривой без её пересечения (tgβ₂). 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 по достиже­нии α значения α_∞. В действительности осевший слой твёрдых частиц способен к дальнейшему уплотнению, происходящему под действием давления столба жидко­сти и осадка, описываемому уравнением

, (1.57)

где первое слагаемое – градиент давления жидкости по высоте;

второе слагаемое – градиент давления осадка по высоте слоя.

, (1.58)

где σ_s – поверхностное натяжение на границе частица – жидкость.

Поведение осадка, уплотняющегося до значений α>α_∞, можно описать с помощью уравнения

, (1.59)

где

. (1.60)

2. КОНСТРУКЦИИ ОТСТОЙНЫХ АППАРАТОВ [3, 4, 6]

2.1. ДВУХФАЗНЫЕ ОТСТОЙНИКИ

2.1.1. Гравитационные аппараты

Разделение суспензий

По направлению движения потока отстойники суспензий делятся на радиальные, горизонтальные, вертикальные и наклонные (или тонкослойные).

В радиальных отстойниках суспензия подаётся в центр аппарата и движется к периферии. В горизонтальных – она загружается с одного конца аппарата и передви­гается вдоль него. В вертикальных – суспензия подаётся снизу и поднимается вверх, причём скорость восходящего потока должна быть меньше скорости оседания твёрдых частиц. В наклонных аппаратах отстой осуществляется в пакетах пластин (или труб), наклонённых под углом 45 - 60°.

Характерным примером подобных аппаратов могут служить так называемые песколовушки, предназначенные для очистки сточных вод от механических примесей.

Песколовушки обеспечивают отделение наиболее крупной фракции механи­ческих примесей с диаметром более 250 мкм. Применение песколовушек целесооб­разно лишь в случаях, когда суммарное содержание механических примесей пре­вышает 500 мг/л, а доля крупной фракции составляет более 20 %. При определении параметров песколовушки исходят из суточного расхода сточных вод не менее 100-120 м³/сут при скорости движения потока 0,1-0,3 м/с и продолжительности пребывания сточной воды в аппарате порядка 60 с. Различают песколовушки верти­кальные и горизонтальные с прямолинейным или круговым движением воды. На рис. 2.1, 2.2, 2.3 приведены конструкции наиболее распространённых песколовушек.

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

I

II

Песок

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Вода

Рис. 2.1. Схема вертикальной песколовушки

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Вода

Песок

I

II

III

IV

V

Рис. 2.2. Схема горизонтальной песколовушки

Вода

Песок

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Рис. 2.3. Схема песколовушки с круговым движением воды

Вертикальная песколовка (см. рис.2.1) представляет собой колодец на коллекторе I, отводящем сточные воды. В пределах колодца труба переходит в лоток 2, дно ко­торого имеет 1, 2 или 3 поперечных щели. Песок из стока проваливается в щели в приямок 4, откуда его периодически удаляют через крышку 3. Очищенная вода по­током 11 покидает песколовку.

Горизонтальная песколовка (см. рис.2.2) с прямолинейным движением воды имеет в плане прямоугольную форму и состоит из двух или более секций, располо­женных перпендикулярно чертежу. На входе и выходе из песколовки имеются дере­вянные шибберы 2, используемые для отключения секций и равномерного распре­деления потока по ним. Дно песколовки выполнено с уклоном к середине (мини­мальный угол 45°) для самопроизвольного стекания осадка (поток III) в приямок. Исходная сточная вода (поток I) через решетку 1 попадает в аппарат и после очист­ки выводится потоком II. Для удаления осадка, накопившегося в приямке, по напор­ному водоводу 5 подают воду (поток IV) в эжектор 3, который в виде пульпы (поток V) по пульпопроводу 4 выводится с установки.

Песколовки с круговым движением рабочего потока (см. рис.2.3) представляют собой круглый резервуар 1 с коническим днищем 3. Внутри резервуара расположенцилиндр с усеченным конусом 2, который скорпусом песколовки образует кольце­вой лоток 5, имеющий в нижней части щелевое отверстие 6 для отвода осадка. Сточные воды вводятся в поток тангенциально. Для поддержания в песколовке по­стоянного уровня на выходе из неё установлен широкий водослив с порогом 8. Всплывшая нефть задерживается в лотке полупогружной перегородкой 9, располо­женной перед водосливом. Далее через специальное отверстие 10 нефть попадает в центральную часть песколовки и выводится через погружную воронку 4. Песок уда­ляется гидроэлеватором 7.

Вторым примером может служить наклонный многополочный отстойник, предназначенный для предварительной очистки сточных вод, содержащих до 20-60 г/л механических примесей (рис. 2.4).

Разделение эмульсий

В настоящее время водонефтяные эмульсии, направляемые на разделение отстоем, предварительно подвергают принудительному укрупнению частиц дис­персной фазы, для чего используют так называемые каплеобразователи. Простейшая конструкция подобного устройства приведена на рис. 2.5.

I

II

II

III

Рис.2.4. Схема многополочного отстойника:

1 – бортик; 2 – вал скребкового механизма; 3 – водовод для подачи сточной воды;

4 – многополочный блок; 5 – лоток для очищенной воды; 6 – трубопровод для отвода сгущенного

концентрата; 7 – распределитель потока воды; 8 – скребковый механизм; 9 – коническое днище;

10 – балка для поддержки конического днища

Линейный каплеобразователь изготавливают из обрезков труб разного диа­метра и располагают на опорах в горизонтальной плоскости. Диаметры отрезков труб увеличиваются от секции к секции в направлении движения обрабатываемой эмульсии.

Рис. 2.5. Схема линейного каплеобразователя:

1 – вход нестабильной эмульсии; 2 – колена каплеобразователя;

3 – выход расслоенного потока нефти и воды

Первая секция массообменная предназначена для разрушения «бронирую­щих» оболочек на каплях пластовой воды и укрупнения их за счет турбулентности потока; вторая секция – для коалесценции капель воды до более крупных размеров при снижении турбулентности потока; третья – для возможности расслоения пото­ка на нефть и воду за счет гравитационных сил.

Общая длина каплеобразователя зависит от многих факторов и может дости­гать 300 м.

Типичным аппаратом для разделения эмульсий является резервуар (рис.2.6).

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

+

+

+

+

Вода

Нефть

Дата добавления: 2014-12-27