Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [ 65 ] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121

ростей по I оперечному сечению трубы; е (г\) - радиальный коэффициент турбулентной диффузии,

Up,-динамическая скорость, Мд = Ucp-yX/S; X - коэффициент гидравлического сопротивления; йиШц - градиент скорости; Ыср- средняя скорость потока.

Эффективный коэффициент диффузии D на порядок больше коэффициента радиальной турбулентной диффузии е (ц), так как неоднородность поля скоростей по сечению трубы является основной причиной увеличения длины зоны смеси.

Формула (6.20) позволяет при известном распределении скоростей Нд, а) вычислить эффективный коэффициент диффузии D. Так, для ламинарного режима течения с распределением скоростей

«,(0=1Иср(1-П.

где I, = r/R\ г - переменный радиус; R - радиус трубы.

Принимая радиальный коэффициент диффузии г (т]) равным коэффициенту молекулярной диффузии х, из (6.20) получим

Д.ам -tcp/W. (6.21)

Для турбулентного режима течения Тейлор в 1954 г. в результате обработки опытов Ннкурадзе по измерению профиля скоростей по поперечному сечению трубы на основе выражения (6.20) получил следующую фо])мулу для эффективного коэффициента диффузии:

D Ю,1«д/? .= 3,57«ср/? л]Х, (6.22)

Формулы (6.21) и (6.22) позволяют сравнить эффективные коэффициенты диф{)узии при ламинарном и турбулентно.м режимах перекачки. Принимая R = 0,25 м, Ucp = 1 м/с, X = 0,02, х = Ю"* м/с, получи.м

ОламШтурб - RUcpl{\72%X) x 10".

Из формулы (6.18) и полученного соотношения эффективных коэффициентов диффузии при ламинарном и турбулентном режимах последовательной перекачки следует

Vсм .м турб - - У Djiaivi/DrypO 10.

Таким образом, если при турбулентном режиме Уем туро ~ 0,005 Утр, что подтверждается опытными данными и расчетами, то при ламинарном режиме следует ожидать объема смеси, достигающего 5 Утр, т. е. в 5 раз большего, чем объем всего трубопровода. Это означает, что надо прокачать пять объемов трубопровода, чтобы вытеснить оставшийся вблизи стенок замещаемый нефтепродукт А вследствие вклинивания замещающего нефтепродукта Б. Это подтверждает, что последовательная перекачка при ламинарном режиме с непосредственным контактом нефтепродуктов нецелесообразна из-за

очень большого количества смеси. В формуле (6.22) для эффективного коэффициента диффузии при турбулентном режиме использовано распределение скоростей однородного потока в трубе, и эта формула не всегда подтверждается опытными данными по последовательной перекачке разносортных нефтепродуктов. В связи с этим предложен ряд других формул для вычисления эффективного коэффициента диффузии при турбулентном режиме, полученных в результате экспериментальных данных:

формула Асатуряна

Dlv--- 17,4 Re2/3; формула Нечваля-Яблонского D/v = 28,3(Re V>)""-

Кинематическую вязкость в этих формулах следует вычислять для смеси с 50 %-ной концентрацией по формуле

\5o = ("Vi + 3v.,)/4,

где и V2 - кинематическая вязкость компонентов смеси (всегда

Vl >V2).

Удобной для вычислений является формула Съенитцера

---Чт)"(тТ-

Используя это выражение, можно получить формулу для подсчета объема смеси в нефтепродуктопроводе в пределах симметричных концентраций в виде

- = (c.,)W4i«)(-f)""r

где Xi, - коэффициенты гидравлического сопротивления в потоке соответственно менее вязкого и более вязкого нефтепродуктов; Сд - концентрация отсечки смеси в нефтепродуктопроводе (Cj + =1); d, L - соответственно диаметр и длина нефтепродуктопровода; Л {СEl) - коэффициент для разных значений концентраций отсечки.

Изменение концентрации Сд в концевом сечении трубопровода при этом описывается, по В. С. Яблонскому, формулой

где - расход жидкости Б в концевом сечении.

Для объема смеси при ламинарном режиме В. С. Яблонский предложил формулу

Vrp 2

где ti и - моменты времени, соответствующие прохождению через концевое сечение смеси с концентрациями Cj и С2- Из этой формулы следует, в частности, что в пределах граничных концентраций -Сз = 0.99-0,01 объем смеси при ламинарном режиме составит

VcM =(0,01-o.5 o,99-o.5) = 4,5Vp,

а при Сл1-С2 = 0,991-0,009 объем смеси Уем = 4,8 Утр.

Как это было найдено позднее (В. И. Черникиным, В. Ф. Новоселовым, В. И. Харламенко и др.), различие вязкостей существенно влияет на объем смеси и продолжительность фазы вытеснения при ламинарном режиме последовательной перекачки. Однако при турбулентном режиме расчет объема смеси только по различию местных осредненных скоростей и без учета турбулентного перемешивания дает чрезмерно завышенные результаты по сравнению с наблюдаемым на практике.

6.4. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ТУРБУЛЕНТНОМ РЕЖИМЕ

Влияние первичной смеси. При смене нефтепродукта, закачиваемого в трубопровод на его начальном пункте, перекачка не прекращается. Поэтому закрытие задвижки у резервуара с нефтепродуктом А и открытие у резервуара с нефтепродуктом Б производится одновременно при работающем трубопроводе. Таким образом, в трубопроводе в течение некоторого периода времени, определяемого быстрым действием задвижек, поступают нефтепродукты одновременно и на его начальном участке образуется так называемая первичная смесь нефтепродуктов А и Б.

Концентрация нефтепродуктов но длине первичной зоны смеси изменяется от О до 1 по произвольному закону, определяемому интенсивностью открытия и закрытия задвижек, уровнем нефтепродукта в резервуарах и пропускной способностью трубопровода.

При продолжительности переключения задвижек всего лишь 5 мин и скорости перекачки 2 м/с протяженность зоны первичной смеси составляет 600 м, что при диаметре трубопровода 0,5 соответствует 120 м смеси.

При наличии первичной смеси первоначальный скачок концентрации (см. рис. 6.1, линия /) отсутствует и смесеобразование нефтепродуктов А н Б при их движении по трубопроводу, обусловленное различием местных осредненных скоростей и турбулентного перемешивания, начинается при наличии между ними первичной смеси с некоторым распределением ко1щентраций замещающего нефтепродукта / {х) по ее длине (рис. 6.7). Подсчитать общее количество смеси, образующейся в трубопроводе, с учетом первичной смеси можно следующим образом.

Условно увеличим длину данного трубопровода на величину Ьцоп, на которой в результате последовательной перекачки тех же нефте-