Диссертация (1026327), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Наблюдается влияние диаметра базальтовых волокон на величинукоэффициента теплопроводности на всем диапазоне температур.Рис. 1.4.Значения коэффициента теплопроводности базальтовых волокон различныхдиаметров от температурыТеплопроводностьэлементарныхволокон.базальтовойПрималыхтеплоизоляциидиаметрахзависитотдиаметраувеличиваетсятепловоесопротивление теплоизоляции за счет возрастания удельной поверхностиволокон. Тонкие волокна получены способом вертикального раздува волокон, а20супертонкиеволокнатеплопроводность-раздувомпервичныхтеплоизоляционного0,6…3,0 мкм обусловленаихволокон.материалавысокоразвитойиз[27]БСТВповерхностью,Низкаядиаметромсодержащейогромное количество микропор (Рис. 1.5, а), которые препятствуют конвекции итепловому излучению воздуха. В теплоизоляции из тонких (БТВ) диаметром9…15 мкм и утолщенных волокнах размер микропор в теплоизоляционномматериале одинаковой плотности с БСТВ увеличен (Рис.
1.5, б), что приводит кусилению конвективных потоков воздуха. [28]абРис. 1.5.Структура теплоизоляционных волокнистых материалов, имеющих одинаковуюплотность 30 кг/м3, но отличающихся диаметром волокна:(а) – 3…4 мкм и (б) – 10…12 мкмНаРис.1.6, апоказанаобластькоэффициентовтеплопроводностибазальтовой теплоизоляции из БСТВ одинаковой толщины в зависимости отплотности при различной температуре [6], а на Рис.
1.6, б графическиезависимости теплоизоляционного материала из БТВ и БСТВ, полученные наоснове анализа литературных источников, для различных плотностей и диаметровэлементарных волокон от температуры.НаРис.характеристик1.7приведеныобразцовэкспериментальныетеплоизоляционныхданные,материалов,соотношением базальтовых волокон двух типов: БСТВ и БТВ.снекоторыхразличным21абРис. 1.6.Зависимость коэффициента теплопроводности материала изоляции изсупертонких базальтовых волокон от плотности при различной температуре (а)и коэффициента теплопроводности базальтовой изоляции из волокон БТВ иБСТВ при различной плотности и диаметрах от температуры (б)Рис. 1.7.Зависимость теплопроводности базальтовых холстов от температуры: 1- БСТВ;2- БТВ; 3- БСТВ 20 %+БТВ 80 %; 4- БСТВ 30 %+БТВ 70 %; 5- БСТВ40 %+БТВ 60 %22Анализ Рис.
1.6 и Рис. 1.7 показывает, что коэффициент теплопроводностиматериала теплоизоляции из БСТВ почти в два раза ниже, чем теплоизоляции изБТВ. При увеличении плотности до 100 кг/м3 разница между коэффициентамитеплопроводности уменьшается, а при увеличении температуры возрастает независимо от плотности материала теплоизоляции.Уменьшить коэффициент теплопроводности изоляции из тонкого волокнавозможно увеличением плотности до 150 кг/м3, но не более. Эта плотностьявляется наиболее рациональной при температурах не выше 700 ºС. Ноувеличение плотности отрицательно сказывается на себестоимости изделия.Оптимальный объемный вес теплоизоляции из волокна БСТВ, при которомкоэффициент теплопроводности имеет минимальное значение, составляет 80–100 кг/м3.
[27] В связи со сказанным для изготовления теплоизоляционногопокрытия трубы НКТ в качестве исходного для дальнейшей переработкиматериала в теплоизолирующие конструкции было выбрано супертонкоебазальтовое волокно – холст БСТВ «MINOL» с диаметром волокон dв=0,53,0 мкм. [30]Выбор минимально возможного диаметра волокна для изготовлениябазальтового ТИМ обусловлен тем, что минимальной теплопроводностьюобладают волокна (Рис.
1.3), имеющие диаметр менее 3 мкм. Кроме того, прималых диаметрах увеличивается тепловое сопротивление материала за счетвозрастания удельной поверхности волокон. [29, 30].231.2. Анализ технологии изготовления и характеристики теплоизоляционныхи теплозащитных материалов и покрытий насосно-компрессорных труб изкоротких базальтовых и кварцевых волоконИз штапельных БСТВ длиной 50…60 мм воздушным способом изготовляютхолсты и маты.
Ковер из базальтовой ваты хорошо сохраняет свою формублагодаря относительно длинному элементарному волокну, что не характерно длякоротких или непрерывных волокон, полученных другими способами. Длинноеволокно создает в ковре структуру «упругой путанки», и для сохранения формыему не нужно связующее. Базальтовые холсты из супертонкого волокна повнешнему виду напоминают вату (Рис. 1.8) и представляет собой массуперепутанныхэлементарныхштапельныхволокондиаметромдо3 мкм,скрепленных между собой силами естественного сцепления.
[19].абРис. 1.8.Холсты из базальтовых супертонких волокон (а) и прошивные маты (б)Маты из штапельных БСТВ (Рис. 1.8, б) представляют собой рулоны,прошитые стеклянными или базальтовыми нитями с наружными обкладками илибез них. При этом из БСТВ изготовляют также мягкие войлоки и жесткиепластины или картоны (толщиной 5-8 мм), мягкие и жесткие плиты (толщиной от10 до 25 мм), из которых могут набираться теплоизоляционные пакеты любойтолщины в зависимости от назначения.
Теплофизические характеристики24прошивных матов из базальтового супертонкого волокна по ТУ 5762-00247897055-2003 представлены в Таблице 2.Таблица 2.Материал прошивной базальтовый огнезащитный рулонныйСвойстваЕд. измеренияВеличинаПлотностькг/м³95-125Поверхностная плотность МПБОР-1Фг/м³600-2300Теплопроводность при 25±5°СВт/(мК)0,033-0,038Теплопроводность при 125±5°СВт/(мК)0,045-0,051Теплопроводность при 300±5°СВт/(мК)0,080-0,090ГорючестьгруппаНГДиапазон рабочей температуры°С–260…+900Толщина материаламм5…20 ± 2На Рис. 1.9 показана схема нового энергосберегающего многослойногокомпозиционногопаропроводытеплоизоляционногодиаметром57 ммдляпокрытиясокращениянанефтепромысловыетепловыхпотерьпритранспортировке высокотемпературного пара к нагнетательным и добывающимскважинам с высоковязкой и трудноизвлекаемой нефтью, разработанногоЗАО «Компомаш-ТЭК» под руководством д.т.н., профессора В.А. Моисеева.
[31]Температура прокачиваемого пара в трубопроводе диаметром 57 ммдостигает 450 °С, а на наружной поверхности паропровода на защитнойполиэтиленовой трубе толщиной 4,4 мм – только 40 °С. Однако суммарнаятолщина изоляционной стенки покрытия из стеклопластика, базальтового имуллитокремнеземистоговойлокаравна57 мм.Авнешнийдиаметртеплоизолированного паропровода по защитной полиэтиленовой трубе составляет180 мм.25Рис. 1.9.Схема композиционного теплоизолирующего покрытия опытнопромышленного паропровода для транспортировки перегретого пара стемпературой до 450 °СОчевидно, что такая излишне большая толщина стенки теплоизолирующегопокрытия паропровода не приемлема для теплоизоляции насосно-компрессорныхтруб (НКТ), которые сами должны находиться в обсадной трубе нефтеноснойскважины и иметь по возможности минимальный диаметр.В настоящее время для закачки в пласт перегретого пара применяютсятрубы НКТ с вакуумной теплоизоляцией (Рис.
1.10 [3]), которые выполнены ввиде труба в трубе с вакуумированием межтрубного пространства и сдополнительной установкой отражательных экранов или теплоизоляции ТЗМК-25[32] вместо экранов. Однако вакуумно-теплоизолированные НКТ, которыеназываютсятакжепроизводственным«термокейсами»,потребностямневнефтяниковполнойпомереуровнюудовлетворяюттеплопотерьинадежности вакуумирования конструкции трубы. Главным же недостатком такихтруб НКТ является излишне большая погонная масса конструкции и, какследствие, невозможность применения их для скважин глубиной более 1,5 км.26LНКТ ≤10 м;Погонный метр:потери тепла по длине колонны =-трубы 89/40 мм = 19,6 кг/м;150 Вт/м-трубы 114/62 мм = 32,3 кг/мРис.
1.10.Теплоизолированная труба НКТ с вакуумной теплоизоляцией(ТТ-48/89-350-1 и ТТ-73/114-350-1):1 – труба внутренняя с профилированными концами (dу=40 мм; 62 мм); 2 – трубанаружная (Dтр=89 мм; 114 мм); 3 – центраторы; 4 – изоляция на основе ЭВТИ илиТЗМК-25; 5 – муфта; 6 – уплотнительная втулка с канавкой; 7 – вакуумДля снижения погонной массы многослойной композитной конструкцииНКТисамоготеплоизоляционногопокрытиянамирассматриваетсятеплоизоляция, выполненная из коротких базальтовых волокон и минеральнойсвязки [33-35] с внешней герметизирующей и защитной оболочкой изстеклопластика. Основные элементы предлагаемой композитной конструкциитеплоизолированной труб НКТ нового поколения показаны на Рис.
1.11 иРис. 1.12, а, б, в. Такое конструктивное решение обеспечивает устойчивуюзакачку перегретого пара с температурой 420 оС под давлением 35 МПа наглубину до 3 км в течение длительного времени (до 3-х месяцев и более).Рис. 1.11.Конструктивная схема многослойной НКТ:1 – труба НКТ с силовыми элементами; 2 – секция спайдера; 3 – секция ключа; 4 –секция опоры; 5 – муфта; 6 – покрытие СП; 7 – ТИМ из базальтового волокна; 8 –раструб; 9 – манжетаабвРис.
1.12.Основные элементы конструкции НКТ:теплоизоляция регулярной части НКТ в виде цилиндрических скорлуп (а);теплоизоляция НКТ в виде профильной манжеты (б) и теплоизоляция НКТ в видецилиндрического стакана (в)28Очевидно, что меньшие показатели коэффициента теплопроводности, а,следовательно,минеральныхитолщиныволоконпопокрытиядлинедостигаютсяидальнейшейпутемизмельченияпереработкойихвтеплоизоляционный материал методом фильтрационного осаждения.Созданием теплоизоляции, которая удовлетворяла бы высоким требованиямтеплонагруженныхконструкцийсточкизренияэкологии,пожарнойбезопасности, массовых характеристик, термостойкости и т.д., посвящено многоработ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
