Принципиальными особенностями сепаратора является наличие слоя нефти (нефтепродукта) определенной толщины и наличие четко выраженной границы раздела между водой и нефтью. На рисунке аппарата, приведенного ниже, видно что ввод водонефтяной смеси в сепаратор организован так, чтобы скорость потока смеси нефть-вода на входе в слой нефти (нефтепродукта) была равна нулю. Кроме того толщина слоя нефти (нефтепродукта) в сепараторе такова, чтобы в процессе движения водонефтяной смеси к границе раздела вода-нефть капли воды и (или) нефти не набрали большой скорости и механически не разрушали границу раздела. В процессе движения к границе раздела вода-нефть через слой нефти (нефтепродукта) капли нефти сталкиваются с нефтяным слоем и переходят в нефть, то есть коалесцируют (укрупняются). Таким образом практически вся не эмульгированная часть примеси нефти в воде переходит в нефтяной слой за счет коалесценции и вода очищается от нефти.
Однако некоторое количество капель нефти достигает границы раздела. Прежде всего это относится к эмульгированной части примеси нефти в воде, которая представлена, например, в виде тонкой пленки нефти на поверхности капли воды или очень мелких капель нефти диаметром порядка нескольких микрон внутри капли воды. Сама граница раздела нефть-вода представляет собой весьма сложную структуру, имеющую выраженный биполярный заряд и специфические свойства, обусловленные поверхностным натяжением в зоне контакта. В результате, при прохождении потоком границы раздела мелкие нефтяные капли задерживаются на этой границе раздела, коалесцируют и переходят в слой нефти. В конечном итоге в потоке воды остаются только те мелкие капли нефти, которые находятся во взвешенном состоянии внутри крупных капель воды и не контактируют с границей раздела при переходе этих капель воды через границу раздела.
Для того, чтобы отделить от воды эти оставшиеся мелкие капли нефти, движение воды после пересечения границы раздела организовано таким образом, чтобы поток попеременно направлялся то к границе раздела (снизу вверх), то от границы раздела (сверху вниз). Дополнительно направление движения воды меняется слева направо и справа налево. При этом движение потока воды организовано таким образом, чтобы скорость движения снизу вверх по меньшей мере в 4 раза превышала скорость движения сверху вниз. При таком режиме движения к скорости подъема мелких капель нефти в воде, обусловленной гравитационной составляющей, добавляется динамическая составляющая, обусловленная переменными направлением и скоростью движения воды после пересечения этой водой границы раздела. В результате, большинство капель нефти, проскочивших границу раздела, снова контактируют с этой границей раздела и переходят в слой нефти (нефтепродукта).
В конечном итоге процесс отделения нефти от воды в сепараторе происходит следующим образом:
1. ВХОДНАЯ СЕКЦИЯ. Входной поток смеси воды с нефтью с помощью целого набора соответствующих механических приспособлений распределяется по площади входной секции нефтеотделителя (позиция 1 на рисунке 1) и организуется таким образом, чтобы скорость входа потока в слой нефти (нефтепродукта) была ? 1 мм/сек.
В слое нефти (нефтепродукта) входной секции отделяется вся свободная нефть (точка А на рисунке 1), переходя в слой нефти (основное отделение), сливается в нефтесборник и дренируется через выход нефти из нефтеотделителя (позиция 2 на рисунке 1) по мере накопления.
При пересечении границы раздела нефть-вода во входной секции нефтеотделителя оставшаяся часть свободной нефти и часть эмульгированной нефти задерживается границей этого раздела (точка В на рисунке 1), переходя в слой нефти (остаточное отделение), сливается в нефтесборник и дренируется через выход нефти из нефтеотделителя.
2. СЕКЦИЯ ДООЧИСТКИ. При движении воды в слое воды секции доочистки нефтеотделителя (позиция 3 на рисунке 1) оставшаяся часть взвешенной эмульгированной нефти также контактирует с границей раздела вода-нефть (точка С на рисунке 1), переходит в слой нефти (финишное отделение), сливается в нефтесборник и дренируется через выход нефти из нефтеотделителя.
3. СЕКЦИЯ СБОРА ВОДЫ. Очищенная от нефти вода скапливается в секции сбора воды (позиция 4 на рисунке 1) и сбрасывается (дренируется, откачивается и пр.) через выход воды из нефтеотделителя (позиция 5 на рисунке 1) к следующему аппарату, в соответствии с технологической схемой оборота воды.
Н1 - высота горловины (0-2000 мм); L1 = L + 150 мм; В1 = В + 150 мм.
Патрубок выхода нефтепродуктов находится на передней стенке (Г) нефтеотделителя. Высота и диаметр патрубка выхода нефтепродуктов равны высоте и диаметру патрубка выхода h2.
