авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Новые технологии обеспечения безопасности природно-территориальных комплексов в нефтегазовой отрасли

-- [ Страница 2 ] --

Поэтому заборная головка должна обеспечить именно забор нефти на этих толщинах. Следовательно, заборная головка при вращении катка должна постепенно погружаться в массив, сжимать торф на глубину hn большую, чем слой нефти в массиве, и пропускать её через себя в полость барабана. После достижения нижней точки, когда вертикальная ось заборной головки пересечет вертикаль, верхнее основание закрывается и нефть остается внутри барабана, тогда hn определяется как (рисунок 1) , где hн – глубина проникновения нефти в толщу, определяют замерами; Н1 – высота заборника (в сменной плите), задаётся из соображений пропуска всего слоя нефти в толще; hД – глубина перекрытия, дополнительная глубина погружения заборника, , устанавливается опытным путем. Здесь t1 – время, необходимое для закрытия клапана.

Для правильного выбора размера и веса катка нефтесборного барабана при погружении его в болотный массив необходимо оценить давления, которые развиваются на его поверхности при контакте с «укатываемой» поверхностью. Это представляется возможным сделать лишь в результате анализа взаимодействия катка с болотным массивом. Известны многочисленные исследования, посвященные изучению взаимодействия колеса с грунтом дороги. Упрощенное решение задачи, предложенное Г.В. Кустаревым, предполагает наличие прямой пропорциональной зависимости между давлением и сжатием в отдельных точках на поверхности контакта. Максимальное напряжение на поверхности контакта цилиндра и «укатываемой» плоскости определяется как

, (1)

где q – удельное линейное давление; Rк – радиус катка; с1 и с2 – коэффициенты, определяющие степень податливости материалов цилиндра катка и полупространства. Здесь , где G – вес катка, в – ширина катка.

Если жесткость катка принять равной , то при m 0. Здесь E – модуль Юнга, S – площадь сечения катка. Тогда формулу (1) можно представить в виде

. (2)

Максимальная глубина погружения катка в массив находится из уравнения равновесия. Для единичной длины катка можем записать , где ср среднее напряжение под катком; а хорда, стягивающая погруженную в полупространство часть катка. При небольшом погружении катка полагаем, что .

При допущении hn << Rк, что имеет место при большом радиусе барабана и (или) слабой податливости массива, можно записать:

, или . (3)

Комбинируя (3) с вышеприведенными уравнениями, имеем:

; ; , (4)

где .

Окончательное выражение (4) используется для расчета глубины погружения катка. Зная величину с2, которая для большинства болот Западной Сибири известна, и задаваясь весом и размерами катка, оценивают время его погружения в болотный массив на заданную глубину. При отсутствии данных с2 получают по предлагаемой нами известной методике полевых испытаний с помощью прибора Амаряна: , где Мкр, к соответственно сопротивление вращению крыльчатки известных размеров и коэффициент прибора. Методика расчета времени, необходимого для прохождения нефти через заборную головку, нами предложена для заборников различных конфигураций. Если напор и скорость истечения меняются медленно, т.е. каток катится медленно, заборная головка погружается в массив медленно, то течение в каждый фиксированный момент времени можно рассматривать как установившееся. Тогда для фактического решения конкретных задач можно воспользоваться уравнением баланса механической энергии для установившегося потока с учетом зависимости напора от времени.

За время dt через заборную головку проходит объем (, где S – площадь зеркала жидкости в заборной головке). Если расход жидкости Q определяется известной формулой Мариотта , то при Н1 = z можем написать: , где S0 – площадь верхнего отверстия (проема).

Время Т, необходимое для прохождения нефти через заборную головку при = const, получим, интегрируя последнее уравнение:

. (5)

Задаваясь условием , можно оценить время прохождения нефти через заборную головку любой формы в предположении, что истечение происходит в области пути движения нижнего основания, когда вертикальная ось заборника отклоняется от вертикали незначительно, вся охваченная нижним основанием нефть проходит через заборную головку.

Головка в виде усеченной пирамиды высотой Н1, верхнее и нижнее основания которой квадраты со сторонами в и а соответственно (а > в), схематически показана на рисунке 2. Из рисунка (сечение Б-Б) следует, что , где . Из ВТС:

.

Тогда S(z) имеет вид:

. (6)

Подставляя найденное значение S(z) в уравнение (5), получим время Т истечения нефти через заборную головку в форме усеченной пирамиды с квадратными основаниями:

. (7)

Интегрируя (7), имеем:

=

,

или, после несложных упрощений, окончательно:

. (8)

Рисунок 2 – Схема для расчета истечения нефти через заборную

головку в виде усеченной пирамиды с квадратным

основанием

В действительности коэффициент расхода в полученной формуле (8) и её аналогах зависит от числа Рейнольдса . Тогда время истечения Т загущенной нефти через заборную головку в приведенной формуле будет зависеть от вязкости. Применим формулу для коэффициента расхода для малых значений ReH в виде (А.Д. Альтшуль). Тогда уравнение (7) примет вид:

, или . (9)

Время истечения нефти через верхнее отверстие, когда уровень жидкости в заборной головке меняется от Н1 до Н2 (Н1 > Н2), будет определяться по формуле

. (10)

Применяя общую формулу (10) для заборной головки с квадратными основаниями, получим:

. (11)

Аналогично для заборной головки в виде перевернутого лотка имеем:

. (12)

Уравнения (11), (12) в отличие от (8) учитывают влияние вязкости нефти на продолжительность истечения через заборную головку.

Для того чтобы охваченный заборной головкой слой нефти известной толщины успел полностью попасть в полость барабана, время истечения через заборную головку t и время обкатывания tоб нижнего основания заборной головки охваченной ею площадки должны быть скоординированы. Очевидно, , . Здесь а – ширина заборной головки (лотка), к – линейная скорость движения барабана (катка), , где Rк, n – радиус и число оборотов катка соответственно. Ширину заборной головки и радиус катка принимают из конструктивных соображений. Тогда время обкатки будет зависеть только от скорости передвижения болотохода. На основе опыта эксплуатации шагающих болотоходов эта скорость колеблется в пределах 0,1…0,3 м/с.

Предложена новая технология сбора нефти с поверхности болот навесным устройством роторно-ячеистого типа, основанная на принципах вытеснения жидкости из пористой массы (пористого, эластичного, переплетенного корнями растений каркаса торфяной залежи). Эффективность устройства и технологии сбора разлитой нефти подтверждены стендовыми и полевыми (рисунок 3) испытаниями.

Такая щадящая технология реабилитации торфяных горизонтов в кратчайшие сроки при сохранении болотных биоценозов поддерживает биотическое равновесие в природных комплексах.

Рисунок 3 – Фрагмент полевых испытаний ячеистого нефтесборного

барабана

Обработкой экспериментальных данных с применением ЭВМ (программа «Excel») получена математическая модель, описывающая установившийся режим работы барабанного ячеистого нефтесборщика:

у = 9,98 + 87866 ·h 2627,16 ·n·h + 0,34 n··x 783,14 ·h·x, (13)

где y – производительность нефтесборщика, дм3/мин; – толщина слоя плавающей нефти, м; h – глубина погружения ротора, м; n – скорость вращения ротора, об/мин; x – доля нефти в собранной эмульсии, % объемн.

Обработка экспериментальных данных включала в себя оценку значимости коэффициентов уравнения регрессии по критерию Стьюдента и оценку адекватности полученного уравнения по критерию Фишера. Предлагаемая модель характеризуется как универсальная и достаточно адекватная. Среднеквадратическое отклонение расчетных значений от опытных значений у составляет несколько процентов (R = 0,977; F = 134,3).

Результаты моделирования показали, что максимальная производительность одного ячеистого барабана диаметром 0,4 м и длиной 0,2 м данной конструкции составила 23 дм3/мин (1,38 м3/ч) при частоте вращения ротора
20…23 об/мин, толщине слоя нефти и глубине погружения барабана в воду
7…9 мм. При этом обводненность собираемой продукции составляет 13…16 %.

Разработан комплект оборудования (рисунок 4) для локализации и сбора нефти с поверхности болотных озёр, содержащий боновое заграждение, сороочистное устройство, шибер с поплавком, насос-сепаратор (первая ступень разделения).

1 – боновое заграждение; 2 – шибер; 3 – лоток; 4 – уплотнение; 5 поплавок

шибера; 6 – сороочистное устройство; 7 – насос-сепаратор; 8 поплавок лотка;

9 – отстойник с перегородкой; 10 – нефтесборный барабан; 11 – лоток сбора нефти;

12 – нефтеприемник; 13 – насос откачки

Рисунок 4 – Принципиальная схема комплекта (вид сверху)

Агрегат второй ступени разделения относится к адгезионным нефтесборным устройствам с обогревом (охлаждением) рабочих поверхностей, в которых используются свойства нефти налипать на твердые поверхности. Агрегат располагается на берегу водного объекта и включает отстойник для поступающей по гибкому рукаву из нефтяной линии насоса-сепаратора водонефтяной смеси и нефтесборные барабаны, установленные в отстойнике.

Устройство рекомендуется к использованию и при наличии на водной поверхности эмульгированной нефти.

В третьей главе дается оценка статики и динамики процесса испарения, технических средств и технологий для минимизации антропогенного воздействия разливов углеводородов на окружающую среду за счет изоляции открытой поверхности загрязнителя от испарения его летучих фракций.

Проведено экспериментальное исследование скорости испарения нефти и нефтепродуктов в зависимости от их физико-химических свойств, толщины плавающего слоя, температуры, времени испытаний и скорости воздуха над поверхностью разлива. Предложена математическая модель кинетики испарения нефти и нефтепродуктов.

Установлено, что механическая изоляция поверхности разлива блоками и бисером из вспененного полистирола (ПС) бытового назначения (плотность 0,02 г/см3) позволяет снизить потери нефти от испарения: пеноблоками с
18 % до 4 % масс., бисером – на 57 %, а воздушно-механической пеной «Сампо» в 4,6 раза за время проведения опыта 5 часов. Предложена принципиальная схема комплекта пенозащиты.

Предложен принципиально новый метод получения изолирующего состава для снижения ПНИ в условиях 2-стороннего переноса вещества через границу раздела фаз «газ жидкость». Теоретическое обоснование и косвенное подтверждение метода следуют из 2-пленочной модели Льюиса и Уитмена и диффузионного переноса вещества согласно закону Фика.

При контакте эластомера с нефтью происходит его набухание за счет всех видов сорбции низкомолекулярной части нефти с образованием вязкопластичной массы в подслое газа, блокирующей испарение. На рисунке 5 показаны кинетические зависимости способности нефти и нефтепродуктов смачивать пористую матрицу эластомера – вспененного полистирола.

Из рисунка видно, что высота подъема нефти и нефтепродуктов определяется, в первую очередь, временем контакта и колеблется в интервале от 15 до 38 мм. Для бензина и керосина при насыщении ПС кривые имеют точку перегиба: восходящая ветвь соответствует ограниченному набуханию, а нисходящая – растворению ПС в нефтепродукте. При этом происходит также снижение текучести не загущенной до вязкопластичного состояния нефти в подслое жидкости, что препятствует ее растеканию.

Насыщенный нефтью ПС данной плотности с учетом заметного подсоса воды при определенном времени контакта теряет плавучесть. Установлено, что покрытие из полистирола (толщина пластины 4…5 мм, порозность 0,42…0,45) удерживается на поверхности нефти 3 суток. Аналогичное поведение характерно и для гранул из волокнистого материала, гидрофобизированного пленкой из полистирола.

1 вода ( = 0,072 Н/м); 2 бензин ( = 0,022 Н/м); 3 керосин ( = 0,027 Н/м);

4 дизельное топливо ( = 0,031 Н/м); 5 нефть ( = 0,028 Н/м, плотность

0,871 г/см3, вязкость 71,6 мм2/с, содержание, % масс.: парафинов 7,50;

асфальтенов 9,82; смол (силикагелевых) 17,61)

Рисунок 5 – Графики зависимости высоты подъема продуктов

в вспененном полистироле плотностью 0,02 г/см3

В четвертой главе отмечается, что согласно Концепции освоения малых неразработанных месторождений нефти и газа России эффективность утилизации попутного нефтяного газа возрастет, если будут привлечены к разработке малые его ресурсы (~14 млрд м3/год) за счет создания высокоэффективных малогабаритных блочно-модульных комплексных установок по переработке ПНГ на малых месторождениях.

Даны обоснование и расчет метода утилизации ПНГ по 2-колонной схеме фракционирования с получением топливного газа, сжиженных газов и стабильного конденсата (рисунок 6).

Е-101 – каплеотбойник; КГ-101 – газовый компрессор; Т-101 холодильник;

С-101 – 2-фазный сепаратор; К-101 – колонна-деэтанизатор;

Т-102 – конденсатор-холодильник; С-102 – парогазосепаратор;

Н-102 – насос орошения; Т-103 – кипятильник; К-102 – колонна стабилизации;

Т-104 конденсатор-холодильник; С-103 – парогазосепаратор (рефлюксная емкость);

Н-103 – насос орошения; Т-105 – кипятильник; Е-102 – емкость;

Н-104 центробежный насос; Н-105 – центральный насос; П-101 – установка для

выработки пара; Т-106 – холодильник; Т-107 – регенеративный теплообменник;

Х-101 – холодильник

Рисунок 6 Схема технологической установки разделения ПНГ

Сводный материальный баланс установки приведен в таблице 1.

Таблица 1 – Сводный материальный баланс установки, кг/ч*

Исх. газ ОК сырья К-101 К-102
Dгаз R D R
1181,8742 520,6156 81,0100
661,2586 127,6172 452,6315 207,3958 245,2357
Примечание: * производительность установки 6 млн м3/год ПНГ; ОК – однократная конденсация исходного газа; К-101 деэтанизатор; К-102 стабилизатор; D – дистиллят; R остаток.


Pages:     | 1 || 3 |
 








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.