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 ||

Извлечение высококипящих компонентов из попутного нефтяного газа южного ирака

-- [ Страница 2 ] --

Рисунок 5 – Фото расслоенного Рисунок 6 – Фото гомогенизации

течения фаз газожидкостного потока

В то же время рост глубины профилирования канала приводит к увеличению перепада давления на концах аппарата, что способствует повышению энергетических затрат на прокачивание потоков.

При движении двухфазного потока ключевыми параметрами, характеризующими технологический процесс абсорбции, являются нижняя граница формирования однородного потока и перепад давления на концах аппарата.

В таблице 5 приведены минимальные расходы воды, при которых формируются режимы пульсации и турбулизации в аппарате с глубиной профилирования канала, равной dд/dк =3,0.

Как видно из таблицы, с увеличением расхода воздуха разность требуемого расхода воды между началом турбулизации и пульсации потока уменьшается.

В случае увеличения расхода газовой фазы для формирования нижней границы однородного потока с равномерным распределением компонентов смеси по сечению аппарата требуется меньшее количество жидкой фазы.

Таблица 5 - Минимальный расход воды в начальные моменты пульсации и турбулизации потока в конце аппарата

Расход воздуха, мл/с 200 400 600 800
Расход воды, мл/с - при начале пульсации - при начале турбулизации 35 90 25 52 22 45 21 43

Vг = 800 мл/с, Vж = 50 мл/с, dд = 24 мм, Nсекций = 8, Lс = 72 мм

Рисунок 7 - Зависимость протяженности области однородного газожидкостного потока (z/d) от глубины профилирования канала трубчатого турбулентного аппарата

Аппарат диффузор-конфузорной конструкции с профилированием канала dд/dк = 3,0 характеризуется большим перепадом давления на концах аппарата

( рисунок 8) по сравнению с профилированием dд/dк = 1,6 (Р увеличивается до 10 раз), что связано с большими значениями потерь энергии при течении смеси через локальные гидродинамические сопротивления, но при этом все же не превышает принятого ограничения в 0,02 МПа.

Следовательно, с большим запасом можно принять глубину профилирования аппарата равной 3,0.

Таким образом, результаты экспериментов показывают, что при профилировании канала dд/dк = 3,0 происходит турбулизация смеси по всей длине аппарата и перепад давления в аппарате менее 0,02 МПа.

Увеличение расхода только газовой или только жидкой фаз в однофазном потоке сопровождается монотонным повышением перепада давления на концах трубчатого турбулентного аппарата (рисунок 9, кривая 2). Перепад давления является функцией плотности потока и квадрата линейной скорости его движения. Как следствие, левая ветвь повышения гидравлического сопротивления при движении двухфазной смеси (рисунок 9, кривая 1) определяется ростом ее плотности за счет обогащения жидкой фазой.

Vг = 800 мл/с, Vж = 50 мл/с, dд = 24 мм, Nсекций = 8, Lс = 72 мм

Рисунок 8 - Зависимость перепада давления на концах трубчатого турбулентного аппарата от глубины профилирования при течении газожидкостного потока

  Зависимость перепада-6

Рисунок 9

Зависимость перепада давления P на концах трубчатого турбулентного аппарата от соотношения Vг/Vж (1) и расхода газовой фазы (2) для нижней границы формирования однородного потока, dд/ dк =3,0

Рост перепада давления в правой ветви кривой, очевидно, связано с высокой скоростью движения газожидкостной смеси за счет ее обогащения газовой фазой. В рассмотренном интервале расходов жидкости и газа формирование режима движения однородной газожидкостной смеси с минимальным перепадом давления на концах трубчатого турбулентного аппарата наблюдается в интервале Vг/Vж от 5 до 15.

Таким образом, экспериментально определены нижняя граница расхода жидкой фазы при преобладающем расходе газовой фазы, обеспечивающая турбулентный режим работы аппарата, а также необходимая глубина профилирования канала.

В четвертой главе на основе экспериментальных данных по методу аналогий определены геометрические параметры турбулентного аппарата, работающего на смешении смеси стабильной нефти и газа концевой ступени сепарации, а также требуемый расход нефти на абсорбцию. Критерием оптимизации являлся перепад давления на концах аппарата в пределах не более 0,02 МПа, т. к. в концевой ступени сепарации, с целью обеспечения необходимого давления насыщенных паров углеводородов, поддерживают низкое давление.

Значение перепада давления при течении газожидкостной смеси в аппарате можно определить из уравнения Бернулли. Для однородной смеси уравнение Бернулли может быть представлено следующим образом:

,

где – перепад давления, Па; – средняя плотность смеси, кг/м3; – массовый расход в единичном сечении канала, кг /см2; – диаметр, м; – коэффициент трения для турбулентного течения, – длина аппарата, м.

Значение коэффициента трения для турбулентного течения можно рассчитать по формуле Блазиуса:

.

Плотность определяется из уравнения

,

где = массовая доля газовой фазы.

Перепад давления для смеси “вода – воздух” отметим следующим образом:

Значение – массового расхода в единичном сечении канала:

,

где – сечение трубы, м2.

Имеем

Перепад давления для смеси “нефть-газ” отметим аналогичным образом:

Полагаем

Пусть объемный расход смеси “нефть-газ” в (К) раз больше расхода смеси “вода-воздух”:

,

а также отношение линейных параметров “длина – диаметр” равно некоторому значению N:

Тогда имеем

Учитывая, что , получаем

Таким образом, имеем

,

где К – масштабный фактор.

Диаметр трубы для смеси “нефть-газ” при заданном значении К определятся по уравнению

,

где – диаметр диффузора, который равен диаметру трубы.

Расход газа концевой ступени сепарации равен 0,84 т/ч, плотность газа равна 3,94 кг/м3. В эксперименте объемный расход воздуха равен 600 мл/с, плотность воздуха – 1,26 кг/м3. Следовательно, масштабный фактор К “газ/воздух” равен 98,7.

В экспериментах диаметр диффузора был равен 24 мм, диаметр конфузора – 8 мм. Их отношения dд/ dк =3,0.

Объемный расход воды в эксперименте при турбулизации равен

45,33 мл/с; плотность нефти равна 791 кг/м3.

Расход нефти = (объемный расход воды * К) *.

Массовый расход нефти составит 12,74 т/ч. Массовая доля воздуха в эксперименте равна 0,0164, массовая доля газа равна 0,0619.

Вязкость смеси определяется из следующего уравнения:

Итоговые результаты приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Массовая доля газовой фазы, плотность, вязкость и диаметр диффузора и конфузора для смеси «вода–воздух» и «газ-нефть»

Смесь , кг/м3 ,мПа. с dd, мм dk, мм
Вода–воздух 0,0164 71,1 0,087 24 8
Газ-нефть 0,0619 59,1 0,886 231 77

С учетом масштабирования для установки № 1 центральной станции месторождений Румайла рекомендуется использовать трубчатый турбулентный аппарат диффузор – конфузорной конструкции с диаметром диффузора 240 мм, диаметром конфузора 80 мм.

На месторождении Румайла установлены 5 станций, включающих от 3 до 5 параллельно работающих установок подготовки нефти. В зависимости от добычи нефти расход газа концевой ступени, направляемого на факел, различается. Соответственно, будут различаться геометрические размеры турбулентного аппарата.

По изложенному методу проведены расчеты геометрических параметров аппарата и минимально требуемый расход абсорбента, обеспечивающий турбулентный режим работы ( таблица 7).

Здесь dд/ dk=3.0; LС = 3 dд.

Таблица 7 – Расход нефти на абсорбцию, диаметр диффузора и конфузора в зависимости от расхода газа

Vг, т/ч Vн, т/ч dд, мм dк, мм
0,4 6,1 163 54
0,6 9,1 197 66
0,84 12,7 231 77
1 15,2 251 84
1,2 18,2 273 91
1,4 21,3 294 98

Ниже приведены регрессионные уравнения, аппроксимирующие полученные данные:

dд= 88,87 + 203,12* Vг – 40,74*( Vг)2

dк = 28,56 + 70,43* Vг– 15,02*( Vг)2

Vн = 0,15 + 14,77 *(Vг) + 0,24* (Vг)2,

где dд - диаметр диффузора, мм; dк - диаметр конфузора, мм; Vг - расход газа т/ч, Vн - расход нефти т/ч.

Данные уравнения позволяют определить размеры аппарата для конкретной установки подготовки нефти.

Общий перепад давления равен сумме перепадов давлений в гладкой трубе, в диффузоре и в конфузоре (рисунок 10):

= (P1­- P2) +( P2- P3)+ (P3- P4),

где Pi – давление в i-й секции, Па.

(1-2)– диффузор; (2-3)– гладкая труба; (3-4)– конфузор

Рисунок 10 - Схема секции аппарата

Для расчета перепада давления в аппарате при турбулентном смешении газонефтяной смеси принят метод, изложенный в работе [Perry’s Chemical Engineer’s Handbook / R. H. Perry, D. W. Green, J. O. Maloney – New York, McGraw–Hill Book Company, 1999. –P.657]. Перепад давления при турбулентном смешении газожидкостной смеси определяется по уравнению

;

для гладкой трубы:

,

где Т - температура, К; R - газовая постоянная (8,31 Дж/мольК);

М - молекулярная масса.

Для диффузора : ; .

Если , то .

Для конфузора: .

Если , то для турбулентного потока: .

Здесь - сечение конфузора, м2; - сечение диффузора, м2; - угол раскрытия диффузора.

Сопоставление расчетных данных, полученных применительно к условиям абсорбции жирной углеводородной фракции попутного нефтяного газа нефтью, коррелируют с данными для перепада давления в аппарате модельной системы “вода-воздух” (рисунок 11, кривая 3).

Результаты свидетельствуют о том, что трубчатый турбулентный аппарат диффузор - конфузорной конструкции применительно к условиям абсорбции высококипящих компонентов попутного нефтяного газа стабильной нефтью имеет достаточно широкий диапазон устойчивой работы с малым перепадом давления (таблица 8).

Таким образом, турбулентный аппарат диффузор-конфузорной конструкции можно эффективно использовать при улавливании высококипящих компонентов из попутного нефтяного газа. Процесс характеризуется формированием однородной газожидкостной смеси при невысоких потерях напора на местных гидравлических сопротивлениях с приближением массообмена к состоянию равновесия.

Таблица 8 – Расходы потоков и перепад давления в аппарате при турбулентном смешении смеси “нефть-газ”

Расход газа, т/ч 0,56 0,84 1,12
Расход стабильной нефти, т/ч 14,61 18,00 22,00 12,74 16,00 20,00 12,16 16,00 18,00
Перепад давления, МПа 0,0080 0,0110 0,0130 0,0108 0,0140 0,0173 0,0132 0,0186 0,0207

1 – экспериментальные данные (вода-воздух), 2 – расчетные данные (вода-воздух), 3 – расчетные данные (нефть-газ)

Рисунок 11 – Перепад давления в трубчатом турбулентном аппарате при движении однородной газожидкостной смеси

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Использование процесса однократной абсорбции при извлечении высококипящих компонентов из газа концевой ступени сепарации УПН месторождения Румайла Юга Ирака и охлаждение газожидкостной смеси с 55 до 25 оС позволяет уменьшить потери углеводородов до 40%.

2 Показано, что режим движения однородной газожидкостной смеси в турбулентном аппарате можно осуществляться в соотношении расходов газ/жидкость от 5 до 15. При глубине профилирования канала диффузор-конфузор (dд/d/к), равной 3,0, перепад давления в турбулентном аппарате не превышает 0,02 МПа.

3 Показано, что для больших отношений расходов “газ-жидкость” при фиксированном расходе жидкой фазы незначительные колебания газовой фазы не влияют на турбулентный режим работы аппарата.

4 С учетом масштабирования для условий подготовки нефти месторождения Румайла рекомендуется использовать пятисекционный трубчатый турбулентный аппарат диффузор-конфузорной конструкции с глубиной профилирования канала, равной 3,0.

5 На основе экспериментальных данных получены регрессионные уравнения для определения геометрических размеров турбулентного аппарата и минимального расхода стабильной нефти на абсорбцию в зависимости от расхода попутного нефтяного газа концевой ступени сепарации нефти.

Основное содержание работы изложено в публикациях

1 Шевляков Ф. Б. Совершенствование процесса доизвлечения высококипящих углеводородов попутного нефтяного газа в турбулентных аппаратах диффузор конфузорной конструкции / Ф. Б. Шевляков, В.П.Захаров, Д. Х. Каеем (Дураид Хазим Каеем), Т. Г. Умергалин // Вестник Баш. гос. ун-та. – Уфа, 2008. – Т. 13, № 4. – С. 916-918.

2 Каеем Д. Х. (Дураид Хазим Каеем). Аппарат однократной абсорбции высококипящих компонентов из попутного нефтяного газа / Д. Х. Каеем, Т. Г. Умергалин,

В. П. Захаров, Ф. Б. Шевляков // Известия вузов. Нефть и газ. – 2009.– № 1.– С. 32-34.

3 Umergalin T.G. Absorption of high-boiling hydrocarbons from associated petroleum gas at tubular devices with converging-diverging construction / T.G. Umergalin, F.B. Shevlyakov, V.P. Zakharov, D.H. Kaem (Дураид Хазим Каеем), G.E. Zaikov // In book “Handbook of Chemistry, Biochemistry and Biology: New Frontiers”.Ed by Ludmila N. Shishkina, Gennady E. Zaikov and Alexander N. Goloschapov..- 2009.- Nova Sci. Publ. Inc.

4 Каеем Д. Х. (Дураид Хазим Каеем). Моделирование процесса стабилизации нефти месторождения Юга Ирака / Д. Х. Каеем // Материалы 58-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. –Кн. 2. -С. 59.

5 Каеем Д. Х. (Дураид Хазим Каеем). Моделирование процесса отбензинивания нефтяного газа абсорбцией с использованием трубчатого турбулентного аппарата / Д. Х. Каеем, Ф. Б. Шевляков, З. М. Искакова // Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах: материалы IX Международной научно-практической конференции.– Новочеркасск, 2008.– С. 11-13.

6 Каеем Д. Х. (Дураид Хазим Каеем). Турбулентный аппарат для абсорбционного извлечения высококипящих компонентов из попутного нефтяного газа / Д. Х. Каеем // Материалы 59-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008. – Кн. 2. -С. 100.

7 Каеем Д. Х. (Дураид Хазим Каеем). К устройству абсорбционного извлечения высококипящих компонентов из попутного нефтяного газа / Д. Х. Каеем // Химия и химическая технология в ХХI веке: материалы IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов. – Томск, 2008.–С. 212.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.