沉降罐的内部结构,如配液管、集油槽(管)、集水槽(管)的形式及相对位置直接影响沉降罐的脱水效果。

图1是目前常见的一种沉降罐,配液管为均布等孔径的辐射筛管,集油槽、集水槽均设计在中心柱上(见图1)。

图2中配液管为特殊设计的辐射筛管,集油槽设在罐的边缘,集水管也采用特殊设计的辐射筛管。

图 1
1—集油槽2—配液管3—进液管4—出油管5—出水管
图 2
1—水位调节器2—出水管3—出油管4—配液管
5—进液管6—集水管7—集油槽
1.集油槽位置与脱水效果
比较图1和图2,为了便于分析,我们假定油滴从配液管出来到收油槽的运动轨迹为直线,则图1的死油区为2/3沉降容积,图2的死油区为1/3沉降容积(实际的死油区会小些),由此可见图2的集油方式优于图1。

图1的集油槽,是上液面为中心低,边缘高的倒圆锥面。

经实测,沉降罐量油孔处的液面比集油槽的高度高出了0.350.4m。

由此可以推想,图2的上液面应是一个中心高边缘低的正圆锥面。

因此图1中配液管管内外的压差变化大,靠近罐中心压差大、出液多,靠近罐边缘压差小,出液少。

图2中配液管内外的压差相对一致。

特别要指出的是,由于沉降罐上液面实际上是一个锥面。

因此,在设计安装泡沫产生器的位置以及设计水位调节器的连通位置时没有留出足够的安全高度,使罐的操作弹性和安全性能变差。

2.集水槽位置与除油效果
同理,集水槽设在中心柱上或单根管线集水,会产生较大的死水区,而采用辐射状筛管会大大减少死水区,使出水管的水中含油降低。

3.筛孔型式与表面负荷率
目前我国设计的沉降罐的配液管,大多采用均布等径的圆孔,也有采用三级不同直径的孔。

配液管呈辐射状分布,罐中心沉降面积小,负荷重,罐边缘沉降面积大,负荷轻。

由于表面负荷率的严重不均匀,致使沉降罐的脱水、除油效果变差。

本人研究的配液管的设计方法,可以使每个孔与之对应的沉降面积成正比,使沉降罐各处表面负荷率基本一致,使罐的沉降空间得以充分利用,这样会大大提高沉降罐的脱水和除油效果。

设计原理见图3,S′
i 、S′
f
为开孔面积,S
i
、S
f
为对应的罐的沉降面
积,可以证明
S i /S′
i
=S
f
/S′
f
所开的孔理论上为等间距不等面积的扇形孔,每个孔与之对应的沉降面积成正比。

由于罐的尺寸较大,而孔的尺寸很小,扇形孔可近似为等腰梯形孔;又由于孔的宽度很小,梯形两底相差甚微,在具体设计时,可取为长方形孔。

设计方法见图4,步骤如下:
图 3 图 4
(1)以l
1为底(一般取l
1
≤配液管的内径,如DN150的配液管,取
l
1
=100mm为宜),以罐的半径R减去C为高,做一等腰三角形(C≥配液管的托板长度,以不影响第一个孔出液为宜)。

(2)设三角形的面积为S
△,则S
△
=1/2l
1
(R-C)。

(3)设单根配液管开孔总面积为S
孔
,一般取开孔总面积为配液管横截面积的1.22倍,孔小数多取大值,反之取小值。

本方法取为1.5倍。

则S
孔
=1.5πr2,r为配液管的半径。

(4)设,求出K值。

(5)设孔的宽度为b,一般取b=1525mm为宜。

(6)取孔间距为Kb。

(7)设第一个孔的长度为l
1,第二个孔的长度为l
2
……最后一个孔的
长度为l
n。

由图可得,可求出l
2
则Δl=l
1-l
2
则l
3=l
2
-Δl
l 4=l
3
-Δl ……
l n =l
n-1
-Δl
列表填入l
1、l
2
…l
n
的值。

(8)画线操作。

在配液管外壁上画一直线,使其平行于管子的轴线,
以该线为对称轴,以Kb为间隔,以l
1、l
2
…l
n
为长,以b为宽,画出一个个
长方形孔。

其中l
1、l
2
…l
n
是沿配液管外表面的弧长。

(9)用气割或切割机开孔。

如果想开成圆孔,可用本方法算出的面积,
转换成每个圆的半径,将r
1、r
2
…r
n
列表。

笔者认为长条孔比圆孔更易于
原油的散射。

4.设计举例
建一4000m3的沉降罐,罐的半径R=9500mm,配液管为159〔4.5mm,长度为8680mm,有效开孔长度为8050mm,开孔数24个。

取l
1=100mm,C=200mm,b=20mm,S
孔
=1.5πr2=1.5π(150/2)2=26507mm2,S
△
=1/2〔100〔(9500-200)=465000mm2,17.5 则孔间距Kb=17.5〔20=350mm
经计算l
2=96mm Δl=4mm,求出l
3
…l
n。

数据见表1:
表1 数据表
l 1l
2
l
3
l
4
l
5
l
6
l
7
l
8
l
9
l
10
l
11
l
12
100 96 92 88 84 80 76 72 68 64 60 56
l 13l
14
l
15
l
16
l
17
l
18
l
19
l
20
l
21
l
22
l
23
l
24
52 48 44 40 36 32 28 24 20 16 12 8
5.基本观点
(1)集油槽设在罐边缘优于设在罐中心。

(2)本人设计的配液管,将大大改善沉降罐表面负荷率的不均匀现象,使脱水和除油效果提高。

(3)集水应采用辐射筛管。