Дипломная работа: Анализ работы установки предварительного сброса ЦДНГ-9 НГДУ "Мамонтовнефть"
Удаление воды из нефти основано на том, что вода имеет большую плотность, чем нефть, и в процессе отстоя капли воды падают на дно резервуара. Нефть всплывает и остается в верхней части резервуара. Эффективность процесса удаления воды из объема нефти зависит от вязкости нефти. Вязкость определяется температурой, и, чем выше температура, тем меньше вязкость и больше скорость седиментации. Также скорость процесса зависит в значительной мере от размера капель воды: чем больше радиус капли, тем выше скорость оседания капель.
1.4.1 Седиментация капель воды в нефти
Установившаяся скорость оседания капель воды в нефти определяется из условия равенства внешней силы F , действующей на каплю, силе сопротивления среды движению капли. Внешняя сила, действующая на каплю, находящуюся в нефти, равна разности между силой тяжести и архимедовой силой (силой плавучести)
Fвн = π а3 g Δρ (2)
где а - радиус капли,
g = 9,8 м/с2 - ускорение свободного падения,
Δρ - разность значений плотности воды и нефти (Δρ = ρ в - ρ н ).
В силу большой вязкости нефти и малых размеров капель воды их осаждение происходит в пределах стоксовского диапазона числа Рейнольдса (Rе ≤ 0,5) и сила сопротивления среды определяется по формуле Стокса
Fс = 6 π μ эф а V c (3)
где V c - скорость седиментации (осаждения);
μ эф - эффективная вязкость среды.
Эффективная вязкость в формуле (3) отличается от вязкости среды (нефти) из-за того, что движение капли относительно нефти вызывает циркуляцию воды в капле и это приводит к некоторому уменьшению сопротивления среды по сравнению с движением твердой сферической частицы. Тогда
Μ экв = μ (4)
где μ = (1÷10)·10-2 Па - вязкость нефти в зависимости от ее сорта;
μ в = 10-3 Па - вязкость воды.
Приравнивая (2) и (3), получим выражение для скорости седиментации
V c = (5)
При ρ в =1000 кг/м3 и ρ нефти = 850 кг/м3 получим скорость седиментации равной
V c =5·104 a 2 .
Таким образом, скорость осаждения капель в нефти растет пропорционально квадрату радиуса капель.
1.4.2 Процессы укрупнения капель воды
Процессы укрупнения капель воды в нефти играют очень важную роль, так как приводят к существенному возрастанию скорости седиментации. Процесс слияния капель воды, или коалесценция, может происходить в результате соударения частиц разного размера при седиментации, при взаимодействии поляризованных частиц в электрическом поле или при соударении частиц, участвующих в турбулизированном движении среды.
Число соударений при седиментации растет при увеличении относительной скорости сближения частиц. Как следует из (5)
Vотн = а2 1 - а2 2
где а 1 и а 2 - соответственно радиусы взаимодействующих частиц.
Таким образом ясно, что эффективность коалесценции растет с увеличением радиуса частиц при одновременном увеличении различия в их размере.
На процесс слияния капель воды при столкновении оказывает влияние слоя нефти, который препятствует этому слиянию.
Разрушение тонкого слоя нефти на поверхности капли обеспечивается воздействием химическими веществами - деэмульгаторами. Действие деэмульгатора приводит к снижению сил поверхностного натяжения и, таким образом, облегчает их слияние.
Основным недостатком процесса удаления влаги за счет седиментации являются: