Автор: Пользователь скрыл имя, 26 Февраля 2013 в 13:16, реферат
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:
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)
(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)
(1.47)
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)
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.
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 может быть рассчитана по формуле:
Гидравлический расчет простых трубопроводов сводится к определению одного из следующих параметров: пропускной способности Q; необходимого начального давления (po) при заданном конечном (pк); диаметра трубопровода.
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
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 |
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:
Ро=Рк+ 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
= 4*(8000/86400)/(3,14*0,3072)=
= =4,75мПа*с= 0,0048Па*с
=4*(8000/86400)*830/3,14*0,
=0,11(0,2/307+68/80845)0,25=0,
=(0,022*15000*1,512/0,307*2*9,
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.
В зависимости от максимального рабочего давления газа промысловые газопроводы подразделяются на следующие категории:
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.