Технологический расчет и подбор стандартного оборудования для установок системы сбора и подготовки скважинной продукции (864752), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В последнем случае скорость осаждения представляетсобой относительную скорость.При движении среды и осаждающейся частицы в одном направлениискорость осаждения равнаWoc = Wо.ч. + Wжгде Wж и Wо.ч - скорость движения среды и осаждающейся частицысоответственно.При движении среды и частицы в разных направлениях скоростьосаждения составитWoc = Wо.ч. − WжПриведенные выше расчетные формулы справедливы для осажденияодиночной частицы и для дисперсных систем с небольшой концентрациейвзвешенных частиц, т.е. в случае, когда осаждение частиц не вызывает ихвзаимодействия: столкновения, движения одной частицы вслед за другой ит.д.
Такой процесс осаждения частиц принято называть свободнымосаждением.При высокой концентрации оседающих частиц необходимоучитывать их взаимовлияние. Осаждение частиц в среде с высокой их86концентрацией характеризуется явлениями как способствующимиувеличению скорости осаждения, так и замедляющими эту скорость.Например, соударение частиц может сопровождаться ихагломерацией, что увеличивает скорость осаждения; движение однойчастицы вслед за другой также повышает скорость осаждения;соприкосновение осаждающихся частиц обусловливает действиедополнительных сил трения, замедляющих осаждение, и т.д.Отстаивание частиц в среде с высокой их концентрацией называютстесненным осаждением. С увеличением концентрации взвешенныхчастиц в суспензии уменьшается относительная доля объема среды, вкоторой находятся осаждающиеся частицы.
Обозначив через Vч объемчастиц, а через Vж - объем среды, получимε =VжVч + V жИзучение явления стесненного осаждения показывает, что егоскорость Wо.ст является функцией относительного объема среды ε икритерия Архимеда, т.е.Re о.ст = f ( Ar , ε )При стесненном осаждении для расчета критерия Рейнольдса, аследовательно, и скорости стесненного осаждения может бытьиспользовано уравнение, справедливое для всех гидродинамическихрежимов (ламинарного, переходного и турбулентного):Re о.ст =Arε 4, 7518 + 0,575 Arε 4, 75(3.7.)Отметим, что, когда ε = 1, уравнение (3.7.) совпадает с ранееприведенным уравнением (3.6.), справедливым для свободного осаждения.3.2.3.Производительность отстойниковНа рис. 3.4 представлена схема работы открытого отстойникапрямоугольной формы для жидкой суспензии, содержащей твердыечастицы.
Поступающая в отстойник жидкость движется горизонтально сосредней скоростью υ . Частицы под действием силы тяжести двигаются спостоянной скоростью WОС к днищу и одновременно вместе с жидкостьювдоль отстойника со скоростью υ . Время нахождения жидкости вотстойнике равно длине его пути, деленной на скорость движения, исоставляетτ н = 1/υПродолжительность осаждения частицы на дно отстойника в случае,когда частица начала свой путь от поверхности жидкости, равна87hWocτ ос =Если τ oc ≤ τ н , то частица осядет; в противном случае жидкость унесетее с собой.
В предельном случае (при τ ос = τ н ) получаем, чтоhWoc=1υРис. 3.3. Схема работы отстойника:I - суспензия; II - осветленная жидкость; III - выгружаемый осадокПри заданных размерах отстойника l, h, b можно найти допустимуюмаксимальную скорость движения жидкости, при которой твердыечастицы осядут на дно отстойника:υ = Woc1hОбъемный расход жидкости V, прошедшей через отстойник за 1 с,равен произведению скорости потока на площадь его поперечного сеченияS:V = Sυ = bhυгде S = bhПодставляя выражение скорости потокаравенства, получаемυиз предыдущегоV = bhWoc l / h = blWoc = FWocт.е. кроме скорости осаждения производительность отстойникаопределяется только его площадью в плане F.
Аналогичная зависимостьполучается и для отстойника периодического наполнения, например длярезервуара.883.2.4. Расчёт отстойникаДля расчёта необходимого количества отстойников необходимоопределить минимальный диаметр аппарата и минимальную длину зоныотстоя.Минимальный диаметр отстойника для обеспечения ламинарноготечения эмульсии (Re ≤ 2300) определяется по формуле:4 ⋅ Vвх ⋅ ρ эмπDmin =2300 ⋅ π ⋅ µ эм f (ε ) , мρгде Vвх - объемный расход эмульсии па входе в отстойник, м3/с; эм- плотность эмульсии, кг/м3;µ эм - динамическая вязкость эмульсии. Па с;f (ε ) - функция относительной высоты водяной подушки в зоне отстоя:f (ε ) = 0,5 ⋅ π + (1 − ε ) ⋅ ε ⋅ (2 − ε ) + arcsin(1 − ε )ε=hвR относительная высота водяной подушки, м; h в - высотагдеводяной подушки, м; R - радиус отстойника, м.Установлено, что пропускная способность отстойника максимальнапри ε = 0,46 .
Тогда f (ε ) = 2,596.Из материального баланса стадии предварительного обезвоживаниянефти следует, что в аппарат поступает эмульсия в количестве Gж =172060,53 кг/ч (таблица 2.8).30ρэм= 877,79 кг/м3 (см. п. 3.1.5).Плотность эмульсииОбъёмный расход эмульсии:172060,53Vвх == 196,016 м 3 / ч = 0,054 м 3 / с877,8930µэм= 15,37∙10-3 Па с (см. п. 3.1.5).Вязкость эмульсииМинимальный диаметр отстойника будет составлять:Dmin =4 ⋅ 0,054 ⋅ 877,792300 ⋅ 3,14 ⋅ 15,37 ⋅ 10 −33,14= 1,892,596Расчёт показал, что для обеспечения ламинарного движенияэмульсии необходим минимальный диаметр отстойника 1,89 м.Максимальный диаметр стандартного отстойника составляет 3,4 м,поэтому в рассматриваемом примере для обеспечения ламинарногорежима необходим один отстойник.
Но если минимальный диаметротстойника больше 3,4 м, то нужно разделить входящий поток (Vвх) на два89параллельных потока и использовать в расчетах производительностьVвх1 =Vвх2 ).одного потока (Минимальная длина зоны отстоя для обеспечения необходимоговремени осаждения капель воды определяется по формуле:hoc ⋅ ω срL=,мω осгдеhос - высота зоны отстоя, м; ω ср - средняя горизонтальнаяскорость движения эмульсии в аппарате, м/с;осаждения капель воды, м/с.Высота зоны отстоябыло установлено, что:ω ос- скорость стеснённогоhос определяется следующим образом. Ранееhв= 0,46RПри стандартном диаметре отстойника D = 3,4 м его радиуссоставит:3,4R=2 мВысота водяной подушки:3,4hв = ε ⋅ R = 0,46 ⋅= 0,7822мВысота зоны отстоя:hoc = D − hв = 3,4 − 0,782 = 2,62 мСредняя горизонтальная скорость движения эмульсии определяетсякак среднее арифметическое скоростей на входе и выходе:ω − ω выхω ср = вхSε=VвхSV= выхSω вх =ω выхVVгде вх и вых - объемный расход эмульсии на входе в аппарат и навыходе из него, м3/с;S - площадь поперечного сечения для прохода эмульсии в аппарате,2м90VВ нашем случае вх = 0,0544 м3/с.Из материального баланса стадии предварительного обезвоживанияследует, что суммарный массовый расход эмульсии на выходе составляетGвых = 134080 кг/ч.Если расчет производиться для двух параллельных потоков, тоG1Gвых= вых2массовый расход одного потока на выходе будет составлять:Для определения объёмного расхода эмульсии определяем плотностьэмульсии на выходе, состоящей из 95% нефти и 5% воды:20ρ эм=1= 857,09кг / м 30,950,5+850,5 1005α = 0,001838 − 0,0132 ⋅ 0,85709 = 0,00070730ρ эм= 0,85709 − 0,000707 ⋅ (30 − 20) = 0,8500Таким образом, абсолютная плотность эмульсии на выходе при 30°С30составляет ρ эм =850 кг/м3.
Объёмный расход эмульсии для потока навыходе:Vвых =134080= 157,74 м 3 / ч = 0,044 м 3 / ч850Площадь поперечного сечения для прохода эмульсии:2π ⋅ DэквS=4Dгде экв - эквивалентный диаметр поперечного сечения для проходаэмульсии, м.Dэкв связаныДиаметр отстойника D и эквивалентный диаметрсоотношением:πD = Dэквf (ε )При f (ε ) = 2,596 и D = 3,4 м:Dэкв =Dπf (ε )=3,4= 3,09 м3,142,5963,14 ⋅ 3,09 2S== 7,5 м 240,0544ω вх == 0,0077,591ω вых =0,044= 0,0067,5ω ср = 0,007 + 0,006 =,0,013Скорость стеснённого осаждения капель воды рассчитывается паоснове уравнения Стокса:4, 7d 2 ⋅ g ⋅ ( ρ в − ρ н ) ⋅ (1 − В )ω ос =18 ⋅ µ нгде (1 − B ) - коэффициент, учитывающий стеснённость осаждениякапель воды;В - массовая доля воды в эмульсии:4, 7d- диаметр капель воды, м;ρ в и ρ н -плотность воды и нефти соответственно, кг/м3;µ н - динамическая вязкость нефти, Па∙с.Установлено, что диаметр капель воды в эмульсиях, предварительнообработанных деэмульгатором, составляет (300-350)-10-6 м.
Примемd = 300∙10-6 м.Содержание воды в эмульсии на входе в отстойник составляет25,95% масс., на выходе 5% масс. Среднее значение содержания воды вэмульсии в аппарате будет составлять:Wср =25,95 + 5= 15,5% масс2Или средняя доля воды В = 0,155Определяем относительную плотность нефти при 30°С:α = 0,001838 − 0,00132 ⋅ 850,5 = 0,000715ρ н30 = 0,8505 − 0,000715 ⋅ (30 − 20) = 0,843330Абсолютная плотность нефти ρ н = 843,35 кг/м3.Динамическая вязкость нефти при 30°С рассчитана ранее (см. п.µ 303.1.5) и составляет н = 7,49∙10-3 Па∙с.Скорость осаждения капель воды:ω ос(300 ⋅10 )=−6 2⋅ 9,81 ⋅ (1005 − 843,35) ⋅ (1 − 0,155)18 ⋅ 7,49 ⋅ 10 −34, 7= 0,000841м / сМинимальная длина зоны отстоя:L=2,62 ⋅ 0,013= 71,41м0,000841Примем к установке отстойник типа ОГ-200 с характеристиками:объём V = 200 м3;92Dв = 3,4 м;внутренняя длина Lотс = 22,04 м.Необходимое число аппаратов для обеспечения минимальной длинызоны отстоя:внутренний диаметрn=71,41L== 3,24 ≈ 4Lотс 22,04шт.Если предварительно поток эмульсии был разбит на два, то общееколичество необходимых отстойников составит:Количество штук = n∙2;При параллельном подключении всех n штук отстойников в каждыйбудет поступать следующее количество эмульсии:0,054Vотс == 0,0136 м 3 / с4Проверяем максимально возможную пропускную способностьодного отстойника для обеспечения ламинарного режима:Vmax =2300 ⋅ Dэкв ⋅ π ⋅ µ эм 2300 ⋅ 3,09 ⋅ 3,14 ⋅ 15,37 ⋅ 10 −3== 0,0977 м 3 / с4 ⋅ ρ эм4 ⋅ 877,79Так как 0.0136 м3/с < 0,0977 м3/с, т.е.
Vотс < Vmax следовательно,ламинарный режим движения эмульсии в отстойниках обеспечен.3.3. Пример расчета печи3.3.1. Расчет процесса горения топливаВсе вопросы, связанные с расчетом процессов горения, изложены вразличных курсах по технологии топлив и в справочниках. Поэтому здесьприведены лишь некоторые формулы и данные, необходимые длядальнейшего изложения материала.Введем следующие обозначения:С, Н, N, О, S и W — содержание различных элементов и влаги (W)в топливе, % (масс.);L0 и V0— теоретический расход воздуха соответственно в кг и м3,необходимый для сгорания 1 кг топлива;α — коэффициент избытка воздуха;Wф— расход форсуночного пара, кг/кг;G — количество дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кгтоплива, кг/кг;Vт — объем дымовых газов, образующихся от сгорания 1 кгтоплива при теоретическом расходе воздуха при нормальных физическихусловиях, м3/кг;93V — объем дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кгтоплива при фактическом расходе воздуха при нормальных физическихусловиях, м3/кг;mco2 , mH 2O , mN 2 , mSO2количествосоответствующихгазов,образовавшихся при сгорании 1 кг топлива, кг/кг.Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1кг топлива,L0 = 0,115С+0,345Н + 0,043(S-О).Тот же расход воздуха, выраженный в м3 при нормальныхфизических условиях,V0 = 0,089C + 0,267H+0,033(S-0).Фактический расход воздуха L= L0 αКоличество дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кгтоплива,G = 1 + L0 α +WфОбъемы дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кгтоплива в нормальных физических условиях при теоретическом ифактическом расходах воздуха, соответственноO 9 H + W + 100Wф;VT = V0 − 0,056 H − +880,5V = VT + (α − 1)V0Количество газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива,mCO2= 0,0367C;m H 2O= 0,09Н + 0,01W+ WфmN2=0,768L0 αmO2= 0,232L0 ( α -1);m SO2= 0,02S.Объем дымовых газов при любой температуре tVt = V0t + 273273Плотность дымовых газов при нормальных физических условияхρ0 = G /V.Плотность дымовых газов при температуре tρt = ρ094273t + 273Коэффициент избытка воздуха принимают равным: длягазомазутных форсунок с паровым распылом 1,3—1,4, при воздушномраспыле 1,2—1,3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
