автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Выделение газа из закрученного потока в приосевой парогазовый шнур

РГб од

Па правах ?у:сопис:7

СЛГБИ23 ИЛЬПГЗАР РАФФЛКОВИЧ

ВЫДЕЛЕНИЕ ГАЗА ИЗ ЗАКРУЧЕННОГО ПОТОКА В ПРИ О CE S О ПАРОГАЗОВЫЙ ШНУР

03. 17. 03—Процессы и аппараты химической технологии

Л В Т О Р Е О В Р Л Т дпссортгдпп за учзнзй сгеяспз

саидвдата технлчесаиг пгуз

Казань 1905

Работа ииполнепа в Казанском государственном технологическом университете.

Научный руководитель: — доктор технических наук,

профессор А. Г. Усманов

кандидат технических наук, Доцент |н. У. Бакиров|

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Ф.Г. Ахыадиеа (КГАСА)

докгор технических наук, профессор В. А. Булкин (КГТУ)

Ведущая организация — Татарский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (ТатНИГШнефть, г. Бугулыла)

Защита состоится ¡м-Оил 1995 года в 14 часов

на гсседаиын диссертационного совета Д 063. 37. 02 Казанского государственного техыологпчес-хого университета по адресу: 420015 г. Казань, уд. 1С. Маркса, 68. Зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией ознакомиться в библиотеке КГТУ.

Афторсферат разослан _1995 г.

Прсскц Вас и сотрудников Вашего учреждения, интересующихся тепой диссертации, принять участие и заседании Совета кли прислать отзыв на автореферат.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук,

Ф. М. Гумеров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Процесс сепарации дисперсного газа от жидкости широко применяется в ряде технологических процессов химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промкшленнности. Он является вахной стадией и обязательным элементом лсбой га технологических схеи промысловой обработки пластовой смеси на нефтяных месторождениях.

В настоящий момент, практически во всех серийно выпускаемых сепараторах для отделения Газа от нефти используется гравитационный эффект. Эти установки являются громоздкими и дорогостоящими сооружениями. Их доставка, мантах и эксплуатация представляет немалый трудности, особенно в условиях Севера,а тайге на морских платформах.

Разработка и освоение новых месторождений требует значительной мобильности установок подготовки нефти, газа и воды, их блочное™ я компактности при высокой удельной производительности.

' Различные инженерные решения интенсификации процессов разделения направлены на использование инерционных эффектов, ультразвука, а таксе разделения в поле центробежных сил.

Разделение в поле центробёгных сил имеет ряд преимуцетв, так как закрутку потока мохно осуществить за счет использования остаточного давления нефтегазовой тестя, без применения дополнительных энергоза-трачивапцих устройств. Используя закрутку потока можно значительно увеличить разделяющую способность аппаратов по сравнении с гравитационным разделением. .

Однако, несмотря на эти достоинства, создание аппаратов для отделения газа от жидкости с использованной закрутки потока сдергивается недостаточность!1} как теоретических, так и экспериментальных исследований закономерностей протекающих при этом процессов.

Настоящая работа выполнена в соответствии с Координационным плат ной РАН по проблема '"Теоретические, основы химической технологии" Сп. 2.27.1.3.23.

Цель работы. Изучение закономерностей- выделения дисперсного газа из адасости в поле центробежных сия закрученного потока и, на этой основе, создание аппарата для осуществления такого процесса.

Научная новизна. Разработала математическая модель процесса -Сепарации пузырьков газа из закрученного потока аядкоотя в парогазовый шнур. Проведенные совместные численные и эксперюгентапьнио псслсдова-

- 1 -

ния явлений, сопровождавших работу аппарата, на различных модельных жидкостях м в условиях реального производства подготовки продукции нефтяных скважин подтвердили правильность сделанных допущений и работоспособность всей модели.

Практическая ценность. Опираясь на проведенные исследования, с использованием разработанной шдели, было предложено несколько вариантов конструкции аппарата и способов его- использования для различных технологических участков подготовки продукции нефтяных скважин, которые были зашедены пятьп авторскими свидетельствами и патентами.

Спроектирован, изготовлен и смонтирован аппарат для интенсификации процесса на концевой' ступани сепарации Тихоновского товарного парка НГДУ "Альштьевскнефть".

Спроектирован, изготовлен и находится в стадии монтажа аппарат для работы в технологической схеме переработки высокосернистой нефти непосредственно на выходе из гидродинамического делителя фаз Двсомов-ской УПВСН НГДУ "Дгалильнефть".

Апробация. Основные результаты работы обсуждались на II Республиканской школе-семинаре молодых ученых и специалистов "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодЕнашки" САлушта, 1987г.), научно-технической конференции молодых специалистов "Исследование, конструирование ц технология изготовления нефтепромыслового оборудования" (Казань,1988г. 3, научно-техническом семинаре "Совершенствование технологии н оборудования процессов . переработки и транспорта нефти" (Новополоцк,1989г.), VII Всесосзной школе молодых ученых "и специалистов "Современные проблемы теплофизики" (Новосибирск, 1992г.3 и на отчетных научно-технических конференциях КГТУ.

Публикации. Содержание работы изложено в 6 публикациях.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений; содержит 179 страниц машинописного текста, 29 рисунков. И таблиц, 170 наименований литературы и 12 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .

В первой главе приводится краткое описание процесса сепарации дисперсного газа в поле центробежных сил закрученного потока жидкости в п^иоутотвии прносевого парогазового ишура и аппарата для его осу- 2 -

Жив кость

гГ]

• —

1" * —

■л г.

79а

Живность газон

дествления Срис. 1).

Далее, анализируется известные отечественные и зарубежные лсследова-л ния, посвященные изучению процесса

и методов его моделирования. Обзор литературы показал, что несмотря на кажущупся простоту адекватно© теоретическое описание процесса не представляется возместим. Поэтому, для практического моделирования аппаратов, использующих этот процесс неизбежно применение численных решений. К числу факторов, наиболее ослоеняюяих описание можно отнести:

- существенную анизотропию турбулентного переноса в интенсивно закрученных потоках гидкоста;

- наличие свободной внутренней границы - граниды парогазового шнура.

Проведенный анализ позволяат установить наиболее существенные, практически важные нерешенные вопроси и наштить задачи настояцего исследования.

Вторая глава посвяцена аналитическому исследованию закономерностей явлений, сопровоядагаих работу аппарата.

Использование для пузырькового потока ряда известных упроааюаик условий допускает принятие следующей схеш опясапия процесса

Сначала, без учета влияния дисперсной фазы Св виду малости ее обьешюЯ концентрации) рассматривается точение однофазной несуцей яидкости. На основании реиення уравнений, опксываших гидродшанику несудей гидкости определяются поля кокпопепт скорости и давления для •всего рассматриваешь течения. Затем резаптся уравнения, описывавшие закономерности двисения газовых пузырысов в' известно!! поло скоростей и давлений несуаей гидкости.

Рис.1.

Такая последовательность позволяет существенно снизить порядок .системы уравнений и сделать их более обозримыми и решаемыми.

Был проведен анализ значимости каждого из членов, входящего в исходную систему уравнений осесиммэтричного стационарного течения несжимаемой, изотермической жидкости в цилиндрических координатах построенную с использованием коэффициента турбулентного обмена.

В литературе для сильно закрученных потоков жидкости рекомендуется зависимость для коэффициента турбулентной вязкости, полученная на бснове гипотезы Прандтля

vt

dm u|

------C1D

дг г I

Отбрасывая незначимые члены, с учетом зависимости (1) систему уравнений, описывающих гидродинамику закрученного потока несущей жидкости можно окончательно представить в виде:

? " Еи. =0 С2)

СЗ)

• x-kgf ♦ HI • с«.

1

J"(r-u) cir ■ const (5)

?

Подобная система является неэллиптической по отношению к направлению г, что позволяет построить "временеподобыый" маршевый алгоритм ее численного решения. Т.е. применительно к рассматриваемому нами течении жидкости достаточно определить граничные условия лишь: в начальной плоскости Сz = 0) u(z =>• 0,г) = ucCr) , uCz = 0,г) * wo(rj

на стенке канала (г=1) uCz.l) ■ uCz.13 » 0

и на границе шнура (г=?Э.

Уравнение движения одиночного пузырька газа в осесимметричном врлаателыю-поступательном потоке жидкости, с учетом оценки вклада

- 4 - '

действующи на него сил, в проекциях на соответствующие оси координат примет вид:

& „ ,сгси-ю зек „ .

V — 1 О.з^п-^Ю*- Г- +--В-Си-Ю] -

(¿т Кдх *

с*т ' * "жц 1 От /^¿т

0_ ш* , Ощо.в

С 63

(Ш сР . сМ.о.т,

* ¿г"' ^г0-4,ш

ей/ К бы йш

V £ - г5- + р^с^-ю - (8)

Допуская отсутствие движения пузырька относительно несудей жидкости в осевой и тангенциальном направлении, система уравнений С63-С8) упроститься:

2 и* / а-«,-*''''

V ---У --С 9)

3-уЕиг

Выражение С9) позволяет определить для данного течения радиальную компоненту скорости пузырька КС г, 23 в лгбой точке потока., а, следовательно, й траекторию движения пузырька в закрученном потоке жидкости. В результате, появляется возможность рассчитать длину цилиндрической части аппарата I, которая необходима, чтобы конкретный пузырек для определенных гидродинамических условий выделялся из слоя закрученного потока жидкости в парогазовый инур на его оси:

\ От

£. = 1 иСг.г)----С10)

кх КСг, 23 .

Однако, применительно к рассматриваемому процессу.и аппарату для его осуществления, необходимо знание профилей скоростей и давлений, размера парогазового шнура и распределения газовых пузырьков по размерам в начальной сечении закрученного потока гидкости.

Профили скоростей и давлений в начальном сечении, также как и во всем канале существенным образом зависят от вида закручивающего устройства, Поэтому, было проведено специальное теоретическое исследо-

- 3 -

ваиие двух взаимно противоположных крайних законов распределения вращательной коыпоненты скорости по радиусу цилиндрического канала -вращения по закону свободного вихря и так называемого "квазитвердого вращения".

В результате было установлено,что с точки зрения выделения пузырьков газа из жидкости, для рассмотренных нами условий профиль распределения вращательной коыпоненты скорости жидкости по закону твердого тела предпочтителен. Из литературы известно, что профиль вращательной скорости близкий к закону твердого тела достижим при осуществлении закрутхн с помощью тангенциальных закручивающих каналов. 11лшшо на этом способе закрутки и было решено остановиться.

. Рассматриваемый процесс, как обязательное условие его протекания, предполагает на оси закрученного потока наличие устойчивого парогазового шнура (ПГШ, в который и выделяются пузырьки сепарируемого газа. Условие существования ПГШ и его размеры полностью определяются гидродинамикой несущего потока. Вместе с тем, сам он оказывает существенное влияние на сепарационныз и расходные характеристики аппарата.

Имеющиеся в литературе данные ие позволяют адекватно моделировать условия зарождения и развития ПГШ, особенно для случая закрутки видкости по закону, близкому к квазитвердому вращению.

С использованием принципа минимума диссипации анергии предложено выражение для определения размера ПИ в зависимости от интенсивности оакрутхи в виде:

К

К--- СШ

(1 - ?*)

Кроме того, для случая зарождения чисто кавитационного ПГШ (т.е. образованного за счет разрыва сплошности потока и заполненного только парами данной жидкости) рекомендованы зависимости, позволяющие рассчитать Ко в начальном сечении для конкретного случая конструкции закручивающего устройства и характеристик самой среды.

Газовый шнур (т.е. заполненный практически только газом) при степенях кавиташш, соответствующих началу образования кавитационного внура Ка будет существовать безусловно и обязательно. И зависимость (11) ь этом случае характеризует максимальную интенсивность закрутки, несводимую для появления газового ылура.

- 6 -

Еще одной характерной особенностью аппарата для осуществления рассматриваемого процесса в случае закрутки потока тангенциальными закручивающими каналами является то, что основное формирование спектра размеров газовых включений происходит при прохождении гадостно-газового потока через эти каналы, т.к. здесь наблюдается максимальная скорость среды.

Минимальный, максимальный и средний размеры пузырьков в подводящих тангенциальных каналах оцениваются по зависимостям, выведенным па основе теории Левича, как функция только свойств жидкой и газовой фазы, а также расходных характеристик жидкости и геометрических параметров канала. Учитывая это, и опираясь на известный из 'литературы факт, что для пузырьковых потоков, как наиболее подходящий, чаще применяют нормально-логарифмический закон распределения газовых включений, предлагается выражение, описывающее функцию распределения пузырьков по размерам. По этому выражению определяется число пузырьков и их радиусы на входе в аппарат.

Эффектами дробления и слияния пузырьков в потоке после прохождения закручивающих каналов пренебрегается.

Приведенные зависимости составляют единую математическую модель процесса выделения пузырькового газа из закрученного потока жидкости в ПГШ на его оси. Она реализована для создания методики расчета этого процесса и проектирования соответствующих аппаратов. Расчет ведется численными методами в следующей последовательности.

Вводятся исходные даяние, которые .определяются и лимитируются технологическим! требованиями. Применительно к технологии подготовки нефти обычно задаются давление, расход и другие свойства среда, содержание газа в жидкости и максимально допустимое падение давления в предполагаемой точке установки аппарата в технологической схеме.

Обязательным условием нормальной работы аппарата является наличие на его оси устойчивого ПГИ, поэтому,, прежде всего определяется диапазон конструктивных параметров аппарата, для которого при заданных технологических условиях обеспечивается существование такого шпура.

Существенным ограничением при проектировании аппарата является условие соблюдения на выходе его определённого избыточного давления жидкости, которое зачастую необходимо для обеспечения последующих технологических операций без внесения существенных изменений в саму

- 7 -

схему. Этот фактор учитывается при выполнении следующего этапа расче-,та - определении поля скоростей и давлений в аппарате для заданных технологических параметров, выбранной конструкции, а также профилей скоростей м размера шнура в начальном сечении. Расчет ведется по уравнениям С2)-С5) с учетом конкретных значений величин К. Еи> и Еи^.

На следующем этапе расчета находится спектр распределения пузырей по размерам в начальном сечении аппарата.

Далее, с заданной дискретностью, по уравнениям (9) и СЮ) определяются все размеры пузырей, которые при данных конструктивных и технологических условиях выделяются из жидкости в ПГШ.

Параллельно проводится подсчет массы газа, выделившейся с пузырями. в ПГШ и эффективность сепарации в аппарате.

Используя известные методы оптимизации, за счет вариации конструктивные и некоторых технологических параметров, подбирается наиболее оптимальная конструкция.

В третьей главе осуществлена опытная проверка основных допущений и закономерностей, принятых при построении математической модели. Дается описание экспериментальной установки и методики проведения опытов. Обсуждаются результаты экспериментов, проведенных на модельных • средах в условиях лаборатории. Предлагаются рекомендации для проектирования устройств, используюоих поле центробежных сил закрученного потока для дегазации жидкостей. Приводятся результаты промысловых испытаний устройства, и на их основе делаются некоторые выводы' об эффективности использования предложенных аппаратов, применительно 'к технологической схеме подготовки нефти.

Ввиду н&возможнссти использования в лабораторных условиях реальной продукции нефтяных скважин, по ряду критериев, в качестве модельных жидкостей были выбраны вода,водоглицериновыэ смеси, масла и их эмульсии. Газовая фаза моделировалась воздухом.

Лабораторные исследования проводились на специально созданной экспериментальной установке, основным узлом которой является многофункциональная измерительная ячейка, позволяющая изучать гидродинамику закрученного потока одновременно используя методы зондирования и визуального наблюдения.

В ячейку подавалась исследуемая кадкостно-газопая смесь, которая приготавливалась в заданных пропорциях $ специальном смесительном устройстве. Система подготовки жидкости и газа обеспечивали четкое задание* таких наиболее важных свойств среды, как давление, расход и

- 8 -

температура в широком диапазоне их изменения.

йзмерешя полей давления и скоростей проводилось с помощью поперечно-натянутого зонда, изготовленного из калиброванной нержавеющей металлической трубки наружным диаметром 0,8 мм и толщиной стенки 0,1 мм. расположенной строго по диаметру специальной секции - вставки в плоскости, перпендикулярной оси цилиндрического канала. Приемное отверстие в стенке трубки имело диаметр 0.3 мм. Радиальное и угловое перемещение приемника осуществлялось с помощью специально изготовленного координатного устройства, обеспечивающего задание линейных координат с точностью ± 0,02 мм и угловых координат с точностью ±3°.

Такой датчик, после специальной тарировки и применения соответствующей обработки измерений позволяет опытным путем определить локальные значения статического давления, тангенциальной и осевой тавляюней вектора скорости для всего рассматриваемого канала.

Так, например, на рис.2 представлены экспериментальные профили 1(Ьц/с статического давления и компонент скорости, полученные в сечении г = = 52 мм цилиндрического канала диаметром 40 мм и высотой 1 = 360 мм для воды при I = +25 °С с расходом 0» = 0,324 л/с. При этом поддерживалось соответственно давление Р«= »3,0 кгс/см" и РстО= 0,282 кгс/см*. В качестве эавихрителей использовались два тангенциальных канала прямоугольной формы шириной 2 мм и вы-

ю9

•ш;

5-!

"I Я!

а, Н>

I I П Г I I Г 11| Г И П 11 Г

10

и

2-

О--2-

ы/е

н!

сос-

ии

I ПГГГГГТ П I

15 г 20

«I

аГч **»

................................

щщщцщцц II гп'11Т|'| 11 т 11

сотой 7 мм. Длина щелей была равна о, 4 ч 10 мм. Р„

Аналогичные измерения и обра- ^ ^

10

15

: кгс/си*

1 м

9' ?

. ».,.■>' ии й

I 'II II I V»! РуI I 1ТГ| ГГУ> ИП1

10 15 г 20

ботка при тех же гидродинамических условиях для сечений с другим значением координаты г позволяют икс- 0.0 -*мт..ч.т.;и. перимектальнШ путем определить поля давлений и скоростей для всего рассматриваемого канала.

На рас. 3-5 представлены полученные значения полей тангенциальной

и и $>севоЯ и компонент скорости и статического давления Г<» для соч-?- д -

ю Рис.2.

ото о №

О /

о б Г»

ото т о о< о ч т

о ? о!

° Стезжа капала Стеюка влипла

Стенга капала Степка канала

С теша канала

Сгенка канала

Стевха канала

Стеиха канала

иий канала с различными1значениями координаты г.

Здесь же приводятся эпюры соответствующих компонент скорости н давления (сплошные линии), полученные расчетным путем. В качестве начального приближения для сечения г = 0 принят профиль тангенциальной компоненты скорости и близкий к вращению жидкости по закону квазитвердого тела, а профиль осевой компоненты скорости и. принят постоянным и равным значению среднерасходной скорости (см. профили на рис.3 и 4 для сечения г = 52 ым).

Приведенные расчетные профили имеют наименьшее среднеквадратичное отклонение из всех остальных, полученных при различных значениях константы с. Численное значение константы при описанных выше условиях юлучилось равным с = 0,032.

В литературе отсутствуют рекомендации по оценке константы с. Пол-ому, была проведена работа по восполнению этого пробела.

В ходе экспериментов, проводимых на цилиндрических каналах раз-гачных диаметров и длины для ряда модельных жидкостей в широком интервале расходных параметров, а также параллельно проводимых расчетов гри тех же условиях, были получены значения с соответствующие наилуч-¡еыу согласованию расчетных и экспериментальных результатов.

На рис.6 представлены результаты такого исследования в координа-ах К = ПЕ^, Еи^). Эти безразмерные критерии используются в описаний выше математической модели для однозначного задания гидродинами-:еских и конструктивных параметров рассматриваемого процесса. Причем, ели критерии Еи( и Еиа содержат только гидродинамические масштабные еличины, то критерий К дополнительно включает в себя и масштабный араметр константы с.

Кроме собственных измерений, на рис.6 представлены результаты бработки в предложенных координатах экспериментальных данных, полу-енных другими авторами1.

Сплошная линия, описываемая уравнением вида:

К - 0.5 • (Ей «Ей (12)

I я

Зобщает экспериментальные точки со среднеквадратичным отклонением не зевышаюаиы 44 %.

1. Турбулентность ь гидроцлклоне УК. А. Кузнецов, Л И Кутепов. И Г •рновский // Изв. вузов "Хим и хна. технол." - М.: 1930, N11 -С 1442 .445.

Хотя погрешность описания и имеет достаточно высокую величину, тем1 на менее, характерные тенденции хорошо описываются формулой С12), что позволяет рекомендовать ее для оценки константы с.

В ходе экспериментов оценивался радиус парогазового шнура. При этом приемное отверстие полностью оказывается внутри ПГШ и зонд но воспринимает никакого избыточного давления. Размер шнура определялся о отклонением, сопоставимым с полудиаметром приемного отверстия, что составляет * 0,15 мм.

Дополнительно, размеры и форма ПГШ исследовались визуально черен прозрачные вставки и регистрировались на фотопленку.

С соблюдением ряда требований экспериментально изучены условия образования и развития чисто кавитационного шнура. На рис.7 представлены некоторые результаты проведенных измерений, а такте линия, соответствующая зависимости СИЗ. При обработке результатов, начальная степень кавитации Ка определялась по предложенной методике. Приведенные результаты соответствуют измерениям, выполненным на канале внутренним диаметром 80 мм для воды, водоглицериновой смеси (50:50) и индустриального масла парки И-8А при трех различных размерах подводящих тангенциальных целей - 2хС4х9), 2*С6х9) и 2хС8х9). Здесь, первая цифра - число щелей, вторая и третья - ширина и высота щели в миллиметрах.

Видно хорошее согласование тенденций роста кавитационного шнура о теоретическими предсказаниями по выражению (11), хотя и имеет место несовпадение результатов, особенно существенное в области, соответствующей началу зарождения шнура и особенно в опытах на воде. Очевидно, это связано с тем, что, при проведении опытов на воде, описанные выше мероприятия не позволяли полностью избавится от посторонних газов в несущей жидкости, что и приводило к образованию шнура при меньших числах кавитации. Для масла и водо-глицериновых смесей эти эффекты оказывались менее существенны.

Изложенную методику определения размеров ПГШ можно рекомендовать для расчета гидродинамики подобных устройств.

Качество сепарации в аппарате характеризуется коэффициентом эффективности, зависящим от количества газа в жидкости на входе и на выходе из аппарата.

Для измерения количества газа в жидкости использована известная ыотодшсг основанная на способе определения содержания газа в нефти.

- 12 -

0.0

к

— - расчет по (12) о - данные ыитсра <г — данные /1/

(Еи,*Еи2)

-0.11

I I I > I I I I I 1 I I п I 11 I I 11 I I I I I IIIV' I'1 ' > I 1 I I I [ I III II I I

0.0 0.5

1.0 1.5 Рис. 6.

2.0 2.5

Рис. 7.

Анализируя результаты подобных измерений следует отметить, что с увеличением расхода при прочих равных условиях происходит аосимптоти-ческое нарастание эффективности.

Очевидно это связано с тем, что ' при одинаковых конструктивных параметрах в газожидкостной смеси с одинаковым содержанием газа при больших расходах жидкости уменьшается средний размер пузырьков. Это, в своо очередь, приводит к тому, что эффективность сепарации газа увеличивается неадекватно росту закрутки потока, вызванного увеличением расхода жидкости.

Кроме того, при проведении опытов на водо-маслянных эмульсиях замэчано, что с ростом расхода жидкости повышается устойчивость эмульсии после обработки смеси в аппарате. В качестве объяснения этого факта, можно предположить, что наряду с дроблением пузырьков газа происходит также повышение дисперсности эмульсий, которая, как известно, определяет устойчивость эмульсий.

Для подтверждения адекватности моделирования основных свойств нефти с помощь» использованных в экспериментах модельных жидкостей, а также всей математической модели были проведены промысловые испытания пилотного аппарата в условиях действующего производства на Павловском товарном парке НГДУ "Актюбанефть" ПО "Татнефть" им. В.Д.Шашина. В качестве исследуемой среды использовалась нефть после первой ступени сепарации, которая через отборное устройство подавалась в измерительную ячейку.

В ходе испытаний были определены условия образования ПГШ, выполнены измерения газового фактора, кратности и устойчивости пены до и после обработки нефти в аппарате.

Отмечено хорошее совпадение результатов измерений, проведенных на модельных жидкостях в условиях лаборатории и на реальной продукции нефтяных скважин. Наблюдается существенное снижение содержания газа в нефти в результате применения аппарата, что такжа подтверждает правильность сделанных допущений и модельных схем.

Вместе о этим, в результате промысловых испытаний возникли некоторые суждения, касающиеся практического использования полученных результатов. В частности, повышение' эффективности работы отдельного аппарата на обязательно означает, что вся технологическая схема при наличии этого аппарата-будет работать эффективнее. Например, при разделении нефти на пунктах ее подготовки к транспорту увеличение глубины

- 14 -

сепарации по газу может привести к ухудшению процесса разделения во-до - нефтяной эмульсии на последующих операциях.

Это обстоятельство требует обязательного учета при рассмотрении способов использования предлагаемого аппарата в конкретных технологических схемах. Однако рассмотрение эффективности использования предлагаемого аппарата в схемах выходит за рамки настоящей работы.

ВЫВОДЫ

1. Построена модель численного расчета процесса сепарации пузырьков газа из закрученного потока жидкости в парогазовый шнур. При этом, наряду с целым рядом общепринятых допущений были использовали допущения, не встречающиеся в литературе. К их числу относится применение для моделирования условий образования и существования парогазового шнура принципа минимума диссипации энергии. Использование этого принципа позволило предложить зависимость для описания закономерностей развития парогазового шнура.

2. Правильность построенной модели и работоспособность всей расчетной схемы подтверждены совместными численными и экспериментальными исследованиями явлений, сопровождающих работу аппарата, на различных модельных жидкостях и в условиях реального производства подготовки продукции нефтяных скважин.

3. Опираясь на проведенные исследования, с использованием разработанной модели, было предложено несколько вариантов конструкции аппарата и способов его использования для различных технологических участков подготовки продукции нефтяных скважин, которые были защищены пятью авторскими свидетельствами и патентам«,

4. Два варианта схем использования аппарата находятся в стадии зромышлениого внедрения на производственных объектах объединения "Гат-1ефлгь".

5. Дальнейшее развитие настоящей работы, очевидно, ииптз быть шравлено на изучение процессов сепарации в аппарате во взаимосвязи ¡о смежными процессами в технологической схеме.

Условные обозначения: U.V. Ы - компоненты вектора скорости га-ювого пузырька в цилиндрических эйлеровых координатах; к, и, ы -:омпоненты вектора скорости жидкости в цилинд: ическнх координатах, , р. z - координаты центра пузырька; р - плотности газа в пузырька*

соответственно на входе и на выходе из сепаратора; 'К 'а pyjrp; - чисно

авнтзцни;

о _ .

per- статическое давление на стенке трубы в рассматриваемом сечении; Ра, - статическое давление в парогазовом шнуре; Ръх - статическое давление жидкости на входе в закручивающие щели.

Основные) результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Ахсанов Р. Р. , Бакиров Н. У., Сагбиев И. Р. Экспериментально-расчетное исследование полей вращательной скорости и статического давления в циклонной камере с трубкой. - Тепло- и массообмен в хим. технологии: Межвуз. тематич. сб. науч. тр., Казань, КХТИ. 1985, С.31-53.

с. Бакиров Н. У. , Сагбиев И. Р. и др. Исследование процесса дегазации жидкости в гидроцпклонном сепараторе. - Отчет о НИР : » ГР 0186.0074190; Инв. Jé 028S.0087192, Казань. КХТИ, 1986, 91 с.

3. Бакиров Н. У. , Сагбиев И. Р. и др. Методика расчета стабилизации нефти в поле центробежных сил гидроциклона. - Отчет о НИР : * ГР 0186.0074190; Инв.й 0283.0052937, Казань, КХТИ, 1987 , 27 с.

4. Усманов А. Г., Бакиров Н.У. , Сулейманов И. И., Сагбиев И. Р. Сепарация газа от нефти в поле центробежных сил.- Тезисы докладов научно-технического семинара "Совершенствование технологии и оборудования отоцесаов перерабатки и транспорта нефти", Новополоцк, 1989, С. 22.

5. Сагбиев И. Р., Махмудов P. X., Хамидуллин Ф. Ф., Бакиров Н. У., Сулейманов И. й. Результаты промысловых испытаний пилотной установки для сепарации газа от закрученного потока нефти в присутствии приосе-вого газового шнура.- Тепло- и массообмен в хим. технологии: Межвуз. тематич. сб. науч. тр., Казань, КХТИ, 1989, С.79-89.

6. Сагбиев И. Р.., Бакиров Н.У., Ахсанов Р. Р. Закрученный поток жидкости с учетом анизотропии коэффициентов турбулентного переноса в присутствии приосевого парогазового шнура. -Тепло- и массообмен в хим. технологии: Меквуз. тематич. сб. науч. тр., Казань, КХТИ, 1990, С. 102-107.

7. A.c. JJ 1521978 (СССР). Герметизированная система трубопроводного транспорта /Сагбиев IIP. и др. - Опубл. в Б.И., 1989, * 42.

8. A.c. !> 1669485 (СССР). Устройство для разделения газонефгяной cuecu /Сагбиев И.Р. и др. - Опубл. в Б.И., 1991, * 30.

9. Пагеят й 1761193 (РФ) (взамен а. с. » 1761193 (СССР)). Вертикальный гаэсютделитель /Сагбиев И. Р. и др. - Опубл. в Б. И., 1992, к 34.

10. Ахсанов P.P., Сагбиев И. Р., Тухбатуллин Р.Г. , Корчагин П. И. Устройство для дегазации жидкости (Положительное решение ВНИИГПЭ от 20.05.92 г. на выдачу авторского свидетельства СССР по заявке J3 5006395/26).

11. Патент J5 2003921 (РФ). Устройство для транспортирования п разделения продукции скважин /Сагбиев И. Р., Махмудов Р.Х., Хамидуллин Ф.Ф., Ахсанов P.P. - Опубл. в Б.И., 1993. JS 43-44.

Сагбиев И. Р

Тираж 80 экз.

Соискатель

Заказ 43

Офсетная лаборатория КГТУ 42001S, Казань, ул. К. Маркса, 68