Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей Способы выражения составов смесей и связь между ними

Автор: Пользователь скрыл имя, 26 Февраля 2013 в 13:16, реферат

Краткое описание

Состав смеси характеризуется числом компонентов смеси и их соотношением. Соотношения определяются долями: массовой, объемной, молярной. Сумма долей всех компонентов смеси равна 1.
Массовая и молярная доли

Массовая доля i-го компонента в смеси:

Файлы: 1 файл

Свойства воды и нефти, газа maxreferat70323.doc

— 281.00 Кб (Скачать)

Влияние содержания газа на изменение объема нефти при постоянных температуре и давлении

Для растворения в  нефти газа необходимо повысить давление и привести систему в равновесие. Увеличение давления уменьшает объем нефти, растворение же в ней газа увеличивает его. Эти два процесса противоположного изменения объема нефти можно учесть раздельно введением двух различных коэффициентов: сжимаемости нефти и «набухания» ее.

Таким образом, объем  нефти при растворении в ней  газа при постоянных давлении и температуре газонасыщенностью Го можно рассчитать по формуле:

 

 (1.40)

 

где V - объем сепарированной нефти при постоянных давлении и температуре в системе, м3; Г0 – отношение объема газа, растворенного в нефти к объему этой нефти, приведенные к стандартным условиям; - коэффициент изменения объема нефти из-за изменения ее насыщенности газом.

 

 (1.41)

где - плотности нефти и газа, растворяемого в нефти, при 20оС и 0,1 МПа, кг/м3.

Уменьшение объема сепарированной нефти (DVp) из-за сжатия ее до определенного давления (pпл) рассчитывают по формуле:

 

 (1.42)

 

где - коэффициент сжимаемости сепарированной нефти (можно принять равным 6,5*10-4 Мпа-1).

Увеличение объема нефти  из-за ее нагревания до температуры tпл рассчитывают по формуле:

 

 (1.43)

 

где - коэффициент термического расширения нефти

 

Кажущуюся плотность растворенного  газа определяют по формуле

 

 (1.44)

Объемный коэффициент  нефти можно рассчитать по формуле 

 

 (1.45)

 

где p – давление в системе, МПа; t – температура, оС

 

для нефти в пластовых условиях объемный коэффициент в первом приближении  можно рассчитать по формуле:

 

 (1.46)

Плотность нефти с растворенным в ней газом рассчитывают по формуле

 

 (1.47)

Молярная масса нефти

Молярная масса сепарированной нефти (кг/кмоль) в результате ее однократного разгазирования при 20оС до атмосферного давления может быть рассчитана по формуле:

 

 (1.48)

 

где - вязкость сепарированной нефти при стандартных условиях, мПа*с

 

Молярную массу пластовой  нефти можно рассчитать по формулам, аналогичным (1.48):

 

, если  мПа*с (1.49)

, если  мПа*с (1.50)

 

или по двухпараметрической формуле 

 

 (1.51)

 

При отсутствии данных по молярной массе сепарированной нефти и ее вязкости, а также плотности газонасыщенной нефти молярную массу пластовой нефти можно определить по формуле:

 

 (1.52)

Зависимость вязкости сепарированной нефти от температуры

Удовлетворительная связь между вязкостью сепарированной нефти и температурой описывается уравнением Вальтерра:

 

 (1.53)

 

где - относительная кинематическая вязкость сепарированной нефти при температуре t, численно совпадающей с кинематической вязкостью нефти, выраженной в мм2/сек; а1 а2 – эмпирические коэффициенты, зависящие от состава нефти. Для применения формулы (1.53) необходимо знание экспериментальных значений вязкости нефти при двух температурах, подставляя которые в (1.53) можно определить коэффициенты а1 и а2.

Используя два экспериментальных  значения вязкости нефти при двух температурах 20 и 50 оС, температурную зависимость динамической вязкости сепарированной нефти можно описать уравнением (1.54):

 

 (1.54)

 

где - относительные динамические вязкости сепарированной нефти при атмосферном давлении и температурах 20, 50 и t оС соответственно, численно равные динамической вязкости сепарированной нефти, выраженной в мПа*с.

Если известно только одно экспериментальное значение вязкости нефти при какой-нибудь температуре t0, то значение ее при другой температуре t можно определить по формуле (1.55):

 

 (1.55)

 

где , - динамическая вязкость нефти при температуре t и t0, а и С – эмпирические коэффициенты: при 1000мПа*с С=10 1/мПа*с; а= 2,52*10-3 1/оС; при 10 1000мПа*с С=100 1/мПа*с; а= 1,44*10-3 1/оС; при С=1000 1/мПа*с; а= 0,76*10-3 1/оС.

При отсутствии экспериментальных  данных для ориентировочных оценок вязкости нефти при 20оС и атмосферном  давлении можно пользоваться следующими формулами:

 

Если  кг/м3,

 

то  (1.56)

 

Если  кг/м3,

то  (1.57)

Где - вязкость и плотность сепарированной нефти при 20 оС и атмосферном давлении, мПа*с и кг/м3 соответственно.

Вязкость газонасыщенной нефти

По формуле Чью и  Коннели можно рассчитать вязкость газонасыщенной нефти при давлении насыщения:

 

 (1.58)

 

где - вязкость нефти, насыщенной газом, при температуре t и давлении насыщения, мПа*с, - вязкость сепарированной нефти при температуре t, мПа*с, А и В – эмперические коэффициенты, определяемые по формулам:

 

А= ехр

В= ехр

Теплоемкость  нефти 

Теплоемкость нефти  может быть рассчитана по формуле:

 

 

гидравлический расчет трубопроводов, транспортирующих однофазные жидкости при постоянной температуре

 

Гидравлический расчет простых трубопроводов сводится к определению одного из следующих параметров: пропускной способности Q; необходимого начального давления (po) при заданном конечном (pк); диаметра трубопровода.

Определение пропускной способности

Поскольку коэффициент  гидравлического сопротивления  зависит от числа Рейнольдса, а, следовательно, и от неизвестного Q, задачи решают графоаналитичеким способом. Для этого вначале задаются несколькими произвольными значениями Q и определяют линейную скорость потока:

 

 (2.1)

 

Затем рассчитывают число  Рейнольдса и определяют режим движения жидкости:

 

 (2.2)

 

В зависимости от него находят коэффициент гидравлического  сопротивления:

При Re 2000 ( ламинарный режим)

 

 (2.3)

 

При 2000 Re 4000 (критический режим)

 (2.4)

 

При Re>4000 (турбулентный режим) для расчета используют формулу Альтшуля:

 

 (2.5),

 

или частные формулы для трех областей турбулентного режима:

Зона гладкого трения 4000<Re<10D/kэ (kэ - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб, мм)

 

 (2.6)

 

Зона смешанного трения 10D/kэ <Re<500D/kэ

 

 

Зона шероховатого трения Re>500D/kэ - (2.5, а)

После этого рассчитывают полную потерю напора (давления) в трубопроводе по формуле:

 

; (2.7)

 

и строят график зависимости  или и по заданному Н или Р находят искомую пропускную способность.

Можно воспользоваться рекомендованными в специальной литературе значениями оптимальной скорости движения жидкости в трубопроводе в зависимости от вязкости (табл.1). В этом случае по известной или рассчитанной вязкости жидкости выбирают оптимальную линейную скорость течения. По известному диаметру рассчитывают пропускную способность и полученное значение проверяют путем расчета полной потери давления в трубопроводе при найденной пропускной способности. Если полная потеря давления выше заданной – задаются другой скоростью.

 

Таблица 1 – Рекомендуемые  оптимальные скорости движения жидкости в трубопроводе в зависимости  от вязкости

Кинематическая вязкость жидкости (n) при температуре перекачки, см2/сек

Рекомендуемая скорость, м/сек

Во всасывающем трубопроводе

В нагнетательном трубопроводе

0,01-0,06

0,06-0,12

0,12-0,28

0,28-0,72

0,72-1,46

1,46-4,38

4,38-9,77

1,5

1,4

1,3

12

1,1

1,0

0,8

2,5

2,2

2,0

1,5

1,2

1,1

1,0


 

Определение необходимого давления

При известном начальном  или конечном напоре (давлении) найти напор (давление) в противоположном конце трубопровода можно, зная полную потерю напора (давления) в трубопроводе, т.е. потерю напора (давления) на трение, преодоление разности геодезических отметок начала и конца трубопровода, преодоление местных сопротивлений (сужений, поворотов, задвижек и т.п.). Расчет полной потери напора (давления) производят следующим образом. Вначале находят линейную скорость течения жидкости по формуле (2.1), затем по формуле (2.2) – Re, коэффициент гидравлического сопротивления (ф. 2.3-2.6) и Н ( Р). Начальное давление рассчитывают по формуле:

Рок+ Р

 

Пример решения  задач

Условие задачи

Нефть в количестве 8000м3/сут  перекачивается по трубопроводу диаметром 307мм, длиной 15км, разность отметок начала и конца трубопровода 5м, сумма коэффициентов местных сопротивлений 5, коэффициент эквивалентной шероховатости 0,2мм плотность нефти 0,83т/м3. Определить полную потерю напора в трубопроводе ( Н).

 

Решение

 

  1. Находим линейную скорость потока в трубопроводе по ф.2.1:

 

= 4*(8000/86400)/(3,14*0,3072)=1,51м/сек

 

  1. Поскольку по условию задачи вязкость неизвестна, находим ее значение по значению плотности, используя формулы 1.56 или 1.57

 

= =4,75мПа*с= 0,0048Па*с

 

  1. Находим число Рейнольдса по ф. 2.2:

 

=4*(8000/86400)*830/3,14*0,307*0,0048=80845

 

  1. Находим коэффициент гидравлического сопротивления по формуле Альтшуля (2.5), или используя частные формулы после определения зоны турбулентного течения

=0,11(0,2/307+68/80845)0,25=0,022

 

  1. Находим полную потерю напора в трубопроводе по ф.2.7

 

=(0,022*15000*1,512/0,307*2*9,81)+5+(1,512/2*9,81)*5=128,0м

Определение необходимого диаметра

Поскольку коэффициент  гидравлического сопротивления  зависит от числа Рейнольдса, а, следовательно, и от неизвестного D, задачи решают графоаналитичеким способом. Для этого вначале задаются несколькими произвольными значениями D и определяют все параметры, как при решении задач на определение пропускной способности. По известным параметрам строят график зависимости или и по заданному Н или Р находят искомый диаметр.

Как и при решении  задач по расчету пропускной способности, можно воспользоваться рекомендованными значениями оптимальной скорости течения жидкости (табл.1). В этом случае по известной или рассчитанной вязкости жидкости выбирают оптимальную линейную скорость течения. По известной пропускной способности рассчитывают диаметр, и полученное значение проверяют путем расчета полной потери давления в трубопроводе при найденном значении диаметра. Если полная потеря давления выше заданной – задаются другой скоростью.

 

Гидравлический расчет газопроводов

 

В зависимости от максимального  рабочего давления газа промысловые газопроводы подразделяются на следующие категории:

  • Газопроводы низкого давления – с давлением газа не более 0,005 МПа
  • Газопроводы среднего давления – с давлением газа от 0,005 МПа и не более 0,3МПа
  • Газопроводы высокого давления – с давлением газа от 0,3 МПа до 1,2 МПа

Гидравлический расчет газопроводов низкого давления производится при допущении, что скорость и удельный вес газа остаются по длине газопровода постоянными, течение - изотермическое

Полная потеря давления определяется по формуле 

 

, (2.8)

 

где DP – потеря давления на трение и местные сопротивления, Н/м2 (*9,81 Па)

hгн –гидростатический напор за счет разности удельных весов воздуха и газа, Н/м2 (*9,81 Па)

 

Причем, гидростатический напор учитывается при расчете газопроводов, прокладываемых в условиях резко выраженного рельефа местности. Гидростатический напор складывается с потерями давления на трение и местные сопротивления со знаком «плюс» или «минус» в зависимости от направления движения газа. Знак «минус» ставится при движении газа на подъем, знак «плюс» - на спуск.

Информация о работе Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей Способы выражения составов смесей и связь между ними