Диссертация (1172997), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Это указывает на то, что изучение свойств олигомеровПЭГ играет ключевую роль в понимании их влияния на механизмы образованияотложений в гликолевых системах.Образование олигомеров ПЭГ влияет на свойства применяемых внефтегазодобывающей промышленности гликолей. Однако механизм данноговлияния не изучен. Авторы предполагают, что данное влияние можетвыражаться в изменении вязкости гликолей при образовании ПЭГ, что приводитк перегреву водногликолевых растворов из-за увеличения вязкости.
Учитывая,что одной из задач исследования является изучение механизма образованияотложений и гелей ПЭГ в данной главе рассмотрены условия образованиягетерогенных систем в водногликолевых растворах ПЭГ.Ранее (таблица 6) сообщалось, что средняя молекулярная масса ПЭГ,обнаруженных в различных гликолевых системах нефтегазовых предприятий непревышает 11000 Да. Таким образом, в данной главе целесообразносконцентрировать внимание на рассмотрении свойств ПЭГ с молекулярноймассой, не выше 20000 Да.3.2.1 Влияние полиэтиленгликолей на вязкость растворов и коэффициентконвективного теплообменаВ [94] исследовали условия теплообмена на поверхностях нагреватеплогенераторов в различных режимах работы при использовании антифризовна основе моноэтиленгликоля.
В работе показано, что при замене воды наводногликолевый теплоноситель (ВГТ) при изменении вязкости теплоносителясущественно изменяется коэффициент конвективного теплообмена, чтообусловливает рост температуры металла стенки и теплоносителя в пограничном83слое (слое потока ВГТ), и что, далее, может приводить к ускоренной деградациигликоля и увеличению образования отложений в гликолевых системах.Применим подход [94] для количественной оценки влияния образованияПЭГ на изменение вязкости водногликолевых растворов и, в свою очередь, наизменение коэффициента конвективного теплообмена.Для идентичных условий течения в аналогичных поверхностях нагреваможно получить относительные значения искомых величин [94]:(37)где, λ- теплопроводность (Вт/м×оС), ν - кинематическая вязкость (×10-6 м2/с), ρ плотность (кг/дм3), αт/αв- коэффициент конвективного теплообмена.
Индексы«т» и «в» обозначают теплоноситель и воду соответственно.Примем, что из-за низких (до 0,1 % масс.) концентраций ПЭГ длягликолевых систем, в которых образуются ПЭГ, теплоплопроводность иплотностьрастворовменяютсянезначительно.Поэтомуизменениекоэффициента конвективного теплообмена будет обусловлено, в основном,изменением вязкости жидкости. В связи с отсутствием данных по изменениювязкости ПЭГ в водногликолевых системах для расчета будем использоватьданные вязкости водных растворов ПЭГ. Такое допущение, на наш взгляд,приемлемо для целей исследования, так как в водногликолевом растворерастворимость ПЭГ ниже, чем в воде, и, следовательно, влияние ПЭГ на вязкостьводных растворов выражено сильнее, чем на вязкость водногликолевых.Кинематическая вязкость воды при температуре 20 оС составляет 0,998×10-6 м2/с.
По расчету на оновании данных [95], при той же температурекинематическая вязкость водного раствора ПЭГ с молекулярной массой 9000 Дас концентрацией 0,1 % масс. составляет 1,025×10-6 м2/с. Таким образом,соотношение αт/αв равно 0,99.Кинематическая вязкость воды при температуре 25 оС составляет 0,880×10-6 м2/с. По расчету на оновании данных [96] при той же температуре84кинематическая вязкость водного раствора ПЭГ с молекулярной массой 1000 Дас концентрацией 0,1 % масс.
составляет 0,882×10-6 м2/с, соотношение αт/αв равно0,99.По расчету на оновании данных [97] при температуре 25оСкинематическая вязкость водного раствора ПЭГ с молекулярной массой 8000 Дас концентрацией 0,1 % масс. составляет 0,928×10-6 м2/с, соотношение αт/αв равно0,98.Кинематическая вязкость воды при температуре 50 оС составляет 0,543×10-6 м2/с.
По расчету на оновании данных [98] при той же температурекинематическая вязкость водного раствора ПЭГ с молекулярной массой 9000 Дас концентрацией 0,1 % масс. составляет 0,553×10-6 м2/с, соотношение αт/αвравно0,99.Таблица 8. Результаты расчета отношения коэффициентов конвективноготеплообменаИсточникαт/αвMw ПЭГ, Да[95][96][97][98]0,990,990,980,999000100080009000Конц.
ПЭГ,% масс.0,10,10,10,1Т, оС20252550νводы(×10-6 м2/с)0,9980,8800,8800,543νраствора(×10-6 м2/с)1,0250,8820,9280,553Для расчета отношения αт/αвмы использовали значения молекулярныхмасс и концентраций ПЭГ приведенные в [95-98], максимально приближенныхк параметрам реальных систем, приведенных в таблица 6. Из расчета видно, чтовлияние образования ПЭГ на изменение коэффициента конвективноготеплообмена выражено слабо (1-2 %). Это означает, что влияние образованияПЭГ на перегрев водногликолевых растворов из-за увеличения вязкостималовероятно.Нами получено подтверждение приведенных расчетов для растворов ПЭГв водных растворах МЭГ.
Для проведения эксперимента использовался образецПЭГ с молекулярной массой 6000 Да. Для измерения вязкости были85приготовлены водные растворы МЭГ 60 % и 80 % объемн. Измеренияпроводились при температуре 27 оС. Динамическая вязкость водных растворовМЭГ 60 % и 80 % объемн. при данных условиях составила 5,90 ×10-3 Па∙с и 8,55×10-3 Па∙с, соответственно. После растворения ПЭГ с молекулярной массой 6000Да (для растворения смесь была нагрета до 50 оС, затем охлаждена до 27 оС) вводном растворе МЭГ 80 % объемн. в количестве 1,5 г (концентрация 15 г/дм3)вязкость возросла до 9,05 ×10-3 Па∙с.
Для водного раствора МЭГ 60 % объемн. сконцентрацией ПЭГ равной 15 г/дм3 и 1,5 г/дм3значения эффективной вязкостисоставили 6,35×10-3 Па∙с и 6,05 ×10-3 Па∙с, соответственно.Плотность водных растворов МЭГ 60% и 80% объемн. при 27 оСсоставляет 1,073 кг/дм3 и 1,093 кг/дм3 соответственно. Плотность водныхрастворов МЭГ 60% и 80% объемн.
при 27 оС после растворения ПЭГ составляет1,088 кг/дм3 для МЭГ 60% объемн., ПЭГ 15 г/дм3; 1,075 кг/дм3 для МЭГ 60%объемн., ПЭГ 1,5 г/дм3; 1,108 кг/дм3 для МЭГ 80% объемн., ПЭГ 15 г/дм3.Проведя пересчет эффективной вязкости в кинематическую получим: кинематическая вязкость для водного раствора МЭГ 60% объемн. при 27оС составляет 5,499 ×10-6 м2/с; кинематическая вязкость для водного раствора МЭГ 80% объемн. при 27оС составляет 7,823 ×10-6 м2/с; кинематическая вязкость для водного раствора МЭГ 60% объемн. и ПЭГ15 г/дм3 при 27 оС составляет 5,863 ×10-6 м2/с; кинематическая вязкость для водного раствора МЭГ 60% объемн.
и ПЭГ1,5 г/дм3при 27 оС составляет 5,628 ×10-6 м2/с; кинематическая вязкость для водного раствора МЭГ 80% объемн. и ПЭГ15 г/дм3при 27 оС составляет 8,168 ×10-6 м2/с;Определим значения коэффициентов конвективного теплообмена поформуле (37). По результатам расчета для водного раствора МЭГ 60% объемн.при введении ПЭГ 15 г/дм3соотношение αт/αв равно 0,98, для водного раствораМЭГ 60% об. при введении ПЭГ 1,5 г/дм3соотношение αт/αв равно 0,99, для86водного раствора МЭГ 80% объемн. при введении ПЭГ 15 г/дм3соотношениеαт/αв равно 0,99.Таким образом, проведенная нами работа подтверждает вывод о том, чтообразование ПЭГ в водногликолевых системах в обнаруженных концентрацияхповышает вязкость незначительно и практически не влияет на изменениекоэффициента конвективного теплообмена.3.2.2 Изучение образования гетерогенных систем в водно-гликолевыхрастворах ПЭГ3.2.2.1 Влияние концентрации и типа солейОбычноконцентрациисолейвгликолевыхсистемахнефтегазодобывающих предприятий не превышают 1000 мг/дм3.
На рисунок 37приведен график изменения концентрации солей в 85% объемн. водном раствореМЭГ системы регенерации МЭГ БТК проекта «Сахалин-2» [42].Рисунок 37 - Измерение концентрации солей в 85% объемн. водном раствореМЭГ. Система регенерации МЭГ БТК проекта «Сахалин-2» [42]В тех же системах, где гликоль используют в качестве теплоносителя прииспользовании пресной воды для подпитки накопление солей маловероятно.Таким образом, согласно [99] и [100], высаливающий эффект будетнаблюдаться для систем с высокой концентрацией солей. В случае нефтегазовых87предприятий такими системами являются системы обессоливания. По даннымтаблица 6 в системе обессоливания МЭГ БТК проекта «Сахалин-2» общеесодержание растворенных солей, определенное методом ВЭЖХ, можетвозрастать до 132,2 г/дм3 (13,22 % масс.).
В сочетании с высоким рН (в системеобессоливания МЭГ БТК проекта «Сахалин-2» pH=11,7) это может приводить кобразованию гетерофазной системы и последующему отложению ПЭГ навнутренних частях оборудования. Именно высокая концентрация солей ивысокий рН приводят к высокой концентрации ПЭГ в отложениях в системахобессоливания. Так, по данным таблица 6 главы 3, в осадках системыобессоливания МЭГ БТК проекта «Сахалин-2» обнаружено 7,21 г/кг ПЭГ, чтопочти в 2,5 раза выше, чем в системе регенерации МЭГ БТК проекта «Сахалин2».
Для других гликолевых систем нефтегазодобывающих предприятий эффектвысаливания ПЭГ маловероятен.Эти выводы подтверждаются при анализе работ [101-109]. В нихисследованыразличныеусловияобразованиягетерофазныхсистем:используются различные соли, температуры, ПЭГ с различной молекулярноймассой. Однако в каждой работе подтверждается предположение, что дляобразования гетерофазной системы нужны высокие (выше 10 % масс.)концентрации солей, которые в гликолевых системах нефтегазодобывающихпредприятий, за исключением систем обессоливания, не наблюдаются.В целях уточнения приведенных выше утверждений нами была проведенаработа по изучению влияния концентрации и типа соли на образованиегетерогенных систем ПЭГ–вода–МЭГ–соль.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
