熱沉降

這種方法主要用來檢測大氣中的凍結(jié)冰核。該裝置的熱看板是一片導(dǎo)電玻璃片，冷板是一片貼在導(dǎo)電玻璃上的鍍銠銅片，置于用干冰冷卻的銅塊上。熱板與冷板間隙很小，只有0.2 毫米左右。檢測時(shí)，先使熱板保持約100℃的溫度，冷板維持比樣氣露點(diǎn)稍高一點(diǎn)的溫度。用抽氣的方法使約一升的樣氣通過小間附，由于兩板之間極大的溫度梯度，使樣氣板維持比樣氣露點(diǎn)稍高一點(diǎn)的溫度。用抽氣的方法使約一升的樣氣通過小間隙，由于兩板之間極大的溫度梯度，使樣氣中的全部質(zhì)點(diǎn)留在冷板上。然后關(guān)斷熱板電源，使冷板逐漸降溫，達(dá)到樣氣露點(diǎn)時(shí)，再補(bǔ)充凝結(jié)微滴，繼續(xù)降溫至冰晶出現(xiàn)為止，然后用顯微鏡或糖液法計(jì)數(shù)（見圖2）

原油熱沉降脫水法是使用最早、應(yīng)用最廣泛的脫水方法。 它多被用作其它脫水方法的輔助手段。特別在處理“三高原油”時(shí)，更是如此。

熱沉降脫水的原理

原油乳狀液雖因乳化劑的存在而趨于穩(wěn)定，但它仍是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。只要設(shè)法降低或削弱油水界面膜的強(qiáng)度，增加水滴的碰撞機(jī)會(huì)，增大油水比重差，降低外相的粘度等，即可破壞其穩(wěn)定性。加熱是破壞原油乳狀液穩(wěn)定的方法之一。其作用是：

1． 削弱油水界面膜的強(qiáng)度

原油中的主要乳化劑是瀝青、膠質(zhì)、石蠟等。隨著溫度的升高，這些物質(zhì)在油中的溶解度增大，使其親油性能大大增加，幾乎全部溶解于油中，從而脫離油水界面，達(dá)到降低水滴保護(hù)膜機(jī)械強(qiáng)度的目的。

溫度低時(shí)，高分子的石蠟要發(fā)生結(jié)晶，結(jié)晶的石蠟晶體吸附在油水界面膜上，增加了界面膜的機(jī)械強(qiáng)度、原油溫度的提高，避免了石蠟的結(jié)晶，消除了這一脫水過程的不利因素。

隨著溫度的升高，水滴的體積將發(fā)生膨脹，使油水界面膜受到脹力的作用，這將降低界面膜的機(jī)械強(qiáng)度。在水滴膨脹時(shí)，界面膜容易破裂，有利于水滴的合并。

溫度的提高，向系統(tǒng)輸入了能量，使分子的布朗運(yùn)動(dòng)加劇，增加了水滴間的碰撞次數(shù)和碰撞力，從而加速了油水界面膜的破壞。

2． 增大油水比重差

實(shí)踐證明，在溫度為0～50。C℃的范圍內(nèi)，原油和水的膨脹系數(shù)是不同的，原油的比重隨溫度的變化要比水變化的快。因而，加熱增大了油水的比重差。計(jì)算表明，在同樣溫升的情況下，油水比重差的變化可增加20%。

在液滴的沉降過程中，液滴的沉降速度與油水的比重差成正比。加熱增加了油水比重差，也就加快了水滴的沉降速度。

3． 降低原油的粘度

原油粘度隨溫度的升高而降低，特別是乳化原油的粘度隨溫度的變化更明顯，其變化規(guī)律可由下圖的曲線上看出：原油含水量越高，粘度隨溫度的變化越大，在較低的溫度范圍內(nèi)，曲線變化較陡，粘度變化較快；而溫度較高時(shí)，曲線變化則較為平緩，粘度變化的幅度下降。

原油粘度的降低，減少了水滴在沉降過程中的摩擦阻力，加快了水滴在原油中的沉降速度。

4． 有利于破乳劑分散到油水界面上去，進(jìn)一步提高化學(xué)破乳劑的作用效果。

由上所述，加熱有利于原油乳狀液的油水分離。單從破乳角度來說，加熱溫度越高，越有利于原油破乳脫水。但溫度太高，不僅要耗費(fèi)大量的燃料，而且會(huì)造成原油輕質(zhì)餾分的蒸發(fā)損耗。同時(shí)，從比重差和粘度的變化規(guī)律來看，溫度過高，效果并不明顯。因此，原油脫水溫度一般控制在80～160℃范圍內(nèi)，而油田生產(chǎn)實(shí)踐中大多控制在60～110℃。

加熱的方法很多，但歸納起來可分為直接加熱和間接加熱兩大類。

直接加熱的加熱設(shè)備，可用加熱爐，火筒爐等。這種加熱方法的優(yōu)點(diǎn)是效率高、熱流密度大、溫升幅度大，但易產(chǎn)生局部過熱，在局部過熱處會(huì)發(fā)生結(jié)焦，從而降低傳熱效果，縮短設(shè)備壽命。加熱爐不宜用于間歇操作及液體流量變化較大的場合。

聞接加熱的加熱設(shè)備，可用換熱器、水套爐等·這種加熱力。這種加熱方式的優(yōu)點(diǎn)是溫度分布均勻，不會(huì)產(chǎn)生局部過熱、結(jié)焦。但由于中間介質(zhì)的存在，使得效率較低，加熱量不能太大。

熱沉降分離的規(guī)律

熱沉降分離是原油脫水最基礎(chǔ)的過程。原油脫水所有工藝參數(shù)的制定，都以有利于熱沉降分離為標(biāo)準(zhǔn)沉降分離是指脫除以游離狀態(tài)存在的水和破乳后的水。

在熱沉降分離的分析中，都引用斯托克斯定律。這不僅是因?yàn)樵摱缮羁痰孛枋隽藷岢两捣蛛x的基本規(guī)律，而且在生產(chǎn)上也有重要的指導(dǎo)意義。該定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

ω=d²（ρ_w-ρ_l）g/18ν_lρ_l

式中 ω——水滴的沉降速度，m/s；

d——水滴的直徑，m；

ν_l——操作溫度下外相油的粘度，m²/s

ρ_w——操作溫度下水的密度，kg/m³；

ρ_l——操作溫度下油的密度，kg/m³；

g——重力加速度，m/s²。

由上式可見，熱沉降速度與原油中水滴直徑的平方成正比，與油，水的密度差成正比，與外相原油的粘度成反比。根據(jù)斯托克斯公式，定性分析我國各油田原油脫水的難易程度以及與生產(chǎn)的實(shí)際情況相比較是基本相符的。例如，從斯托克斯公式分析原油的加熱沉降脫水原理是十分明顯的。又如一些粘度小、密度小的原油脫水就比重質(zhì)、高粘原油脫水容易得多。但是直接定量地利用斯托克斯公式計(jì)算水滴的沉降速度會(huì)產(chǎn)生較大的偏差。因?yàn)樵摴讲]有包含乳狀液穩(wěn)定的因素，更沒有體現(xiàn)乳化劑的影響。

熱沉降設(shè)備

加熱沉降脫水的主要設(shè)備是沉降罐，沉降罐的形式有許多種，但歸納起來可分為立式和臥式兩種。下面介紹臥式的。

各油田所用的沉降罐，大多采用具有水封裝置的沉降罐，這種沉降罐可自動(dòng)調(diào)節(jié)油水界面，以保持沉降脫水的平衡和穩(wěn)定。臥式沉降罐在油田被廣泛采用。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

臥式沉降罐的工藝設(shè)計(jì)，一般只設(shè)計(jì)其工藝尺寸——直徑與長度。對于粘性流體，在沉降罐內(nèi)一般要求保持層流狀態(tài)。取其極限狀態(tài)，即雷諾教Re=2300，則可由下式計(jì)算臥式沉降罐的直徑：

式中 D——臥式沉降罐直徑，m；

q——通過沉降罐的含水油流量，m³/s；

v——操作溫度下乳狀液的粘度，m²/s；

K——安全系數(shù)，取K=1.2。

臥式沉降罐的長度可由下式確定：

式中 ω——水滴的沉降速度，m/s：

K*——安全系數(shù)，取K*=1.25。

對原油乳狀液加熱，只是為原油破乳脫水創(chuàng)造了良好的條件，但是，單靠加熱，并不能達(dá)到安全破乳的目的。即使是穩(wěn)定性較差的原油乳狀液，熱沉降脫水的效果和效率都不會(huì)很高，而且能源消耗大。處理時(shí)間長，故這種脫水方法很少單獨(dú)使用。

瞬時(shí)沉降，是指施加荷載后，土體在很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的沉降。對于非飽和粘性土，由于孔隙中含有大量氣體，受力后氣體體積壓縮，產(chǎn)生的超靜孔壓力較小，基本上沒有孔隙水排出，其沉降也是以瞬時(shí)沉降為主。

1、工后沉降需要通過現(xiàn)場的沉降觀測、分析、推算來確定。

2、沉降觀測包括地基沉降和路基沉降觀測。

3、路基填筑過程中，應(yīng)做好地基沉降觀測工作；

4、填筑至基床表層后及時(shí)設(shè)置路基面沉降觀測標(biāo)。

5、觀測資料應(yīng)連續(xù)、真實(shí)、可靠。

6、在路基放置期間，如沉降不能穩(wěn)定，應(yīng)采取處理措施，預(yù)測的工后沉降不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)

應(yīng)采取處理措施，使鋪軌時(shí)估算的剩余沉降滿足設(shè)計(jì)工后沉降要求。2100433B

沉降室的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要是根據(jù)要求處理的氣體量和凈化效率確定沉降室的尺寸，最關(guān)鍵的是選擇適當(dāng)?shù)臍饬魉俣取饬魉俣鹊?，分離效果好，但除塵器截面積較大；氣流速度大，分離效果差，且易引起二次揚(yáng)塵。因此，應(yīng)選擇沉降室中的氣流速度低于物料被重新帶走的二次揚(yáng)塵速度。

沉降室氣體流速

為了使問題簡化，在沉降室的設(shè)計(jì)計(jì)算中假定：沉降室內(nèi)氣流分布均勻，并處于層流狀態(tài)；進(jìn)入除塵器的塵粒以氣流速度v向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)以沉降速度v₀下降。則進(jìn)入沉降室的含塵氣體在沉降室斷面上的流速，根據(jù)含塵氣體的臨界速度v_c確定。

式中，v_c為含塵氣體的臨界速度，m/s；

k為流線系數(shù)，取10～20，k值隨塵粒直徑d_P減小而遞增；其余符號意義同前。

含塵氣體在沉降室斷面上的流速為臨界速度的0.5～0.75倍，一般在0.2～0.8m/s范圍內(nèi)選取。

沉降室有效分離粒徑

1、塵粒從沉降室頂部降落到底部所需時(shí)間

式中，H為沉降室高度，m；

v₀為塵粒的沉降速度，m/s；

2、氣流在沉降室內(nèi)停留的時(shí)間

式中，L為沉降室長度，m；

v為沉降室斷面上的氣體速度，m/s；

3、要使塵粒不被氣流帶走，必須使

4、在層流區(qū)，塵粒的沉降速度v₀與粒徑d_P的平方成正比，根據(jù)斯托克斯定律，不同粒徑塵粒的沉降速度可用以下公式求得

式中所有符號意義同前。

5、沉降室的高度H應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。但H應(yīng)盡量小一些，因?yàn)镠越大，所需的沉降時(shí)間就越長，勢必加長沉降室的長度。具體的長度和高度尺寸可根據(jù)現(xiàn)場空間條件，同時(shí)考慮運(yùn)轉(zhuǎn)的方便來確定，必要時(shí)可以以消耗材料最少為目的，進(jìn)行最優(yōu)計(jì)算。

6、沉降室的寬度B與處理氣量有關(guān)

式中，Q為沉降室處理氣量，m³/s；

B為沉降室的寬度，m；

其余符號意義同前。

7、一定結(jié)構(gòu)的沉降室，能沉降在室內(nèi)的最小粒徑d_min可按以下公式求得

式中所有符號意義同前。

沉降室結(jié)構(gòu)尺寸

沉降室的外形尺寸可用近似式確定

式中，A為沉降室有效截面積，m²。

通常，在設(shè)計(jì)重力沉降室時(shí)，應(yīng)注意下列問題。

① 氣流速度盡可能選低些，以保持接近層流 (粒子的雷諾數(shù)R_e<2000)狀態(tài)，因?yàn)镽_e更高的湍流會(huì)使已降落的粉塵再次揚(yáng)起，破壞沉降作用。

② 為保證沉降室橫斷面上氣流分布均勻，沉降室的進(jìn)風(fēng)管應(yīng)通過平滑的漸擴(kuò)管與之相連。若受場地限制，可裝設(shè)導(dǎo)流板、擴(kuò)散板等氣流分布裝置。如條件允許，把進(jìn)風(fēng)管裝在降塵室上部。

③ 凈化高溫?zé)煔鈺r(shí)，由于熱壓作用，排氣口以下空間的氣流有可能減弱，從而降低了容積利用率和除塵效率，此時(shí)沉降室的進(jìn)出口位置應(yīng)低一些。

重力沉降室的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、耗能少，適用于凈化密度大、粒徑粗的粉塵。通常去除粒徑范圍為30～50μm的粉塵，如設(shè)計(jì)合理，加裝適當(dāng)?shù)膿醢蹇墒剐蔬_(dá)60%～80%，但小于5μm的粉塵，凈化效率幾乎等于零。重力沉降室的壓力損失大約為50～150Pa。 2100433B