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

пример 1.3-1. Зависимость

grad р

Тст =-4- от 8и/йв

для данной нефти, показанная на рис. 1.3-8, получена на основе экспериментальных данных непосредственно на трубопроводе. Найдем перепад давления в трубопроводе диаметром d,=0,308 м при =200 мч. ,

q 200

ОЗОё = 0,746 м/с.

3600

3600

8у 8-0,746

= 19,4 с-1.

da ~ 0,308

Для этого значения находим по оси абсцисс на рис. 1.3-8

Тст =

grad р

= 12,5 Па.

и, следовательно,

4Тст 4-12,5 gradd = = р = 162 Па/м = 0,162 МПа/км.

Если ЖИДКОСТЬ тиксотропно-псевдопластичная и свойства ее изменяются с течением времени, для проектировщика достаточно знать параметры установившегося потока. Тогда XcT = f(Sv/dt,) и по реологическим кривым можно найти перепад давления установившегося потока в трубопроводе. Практическое осуществление этого метода сдерживается тем, что построение реологических кривых тиксотропно-псевдопластичных жидкостей в полевых условиях весьма затруднительно и связано с большими расходами; такое построение невозможно осуществить с помощью эк-струзионного вискозиметра. По этой причине свойства потока такой жидкости характеризуются реологическими кривыми или семейством кривых, построенных с помощью ротационных вискозиметров.

На рис. 1.3-9 показаны реологические кривые для установившегося потока нефти, добываемой на месторождении Альгио (Венгрия) при различных температурах (Силаш, 1970). После построения реологических кривых рассчитывается перепад давления. Если реологическая кривая подчиняется степенному закону, то постоянные р и /г уравне-

Рис. 1.3-9. Реологические кривые при установившемся течении тиксотропно-псевдопластичной нефти, добытой на месторождении Алгио при различных температурах

ния (1.3-2) известны. Рассчитаем /?пс. пл для данных значений расхода q, скорости потока v и диаметра трубопровода с использованием уравнения (1.3-16). После установления, что режим течения ламинарный, рассчитаем к по уравнению (1.1-3) и затем потери на трение по уравнению (1.1-1).

Пример 1.3-2. Найдем текущий градиент давления в трубопроводе диаметром /з(в=0,308 м при (? = 200 мч и р = 880 кг/м1 Уравнение реологической кривой

г = 4,08Д<1,зз9,

т. е., (х--=4,08 Па-с и « = 0,338. В соответствии с предыдущим примером а = 0,746 м/с. Подставляя эти значения в уравнение (1.3-16), получим

О, ЗОас.ззв. 046(2-0,338). 880 8

Кепс.пл= 408 (6 + 2/0,338)1.338 - 308.

Для ламинарного режима течения по уравнению (1.1-3)

=-зoГ = 0o«•

Теперь по уравнению (1.1-1)

Др fPo 0,7462-880

gradp = -р --2d = 0.208 2-0 308 Па/м = 0,165 МПа/км.

Если реологическая кривая не подчиняется степенному закону, то и в уравнении (1.3-16) характеризует пересечение оси ординат при скорости деформации D=[ с, касательной к реологической кривой в прямоугольной биологарифмической системе координат, an - ее наклон. Для определения скорости деформации, при которой р, и п сохраняют свои значения при данных v и d, можно использовать уравнение (1.3-11), предложенное Ридом и Метцнером (Говье и Риттер, 1963).

Расчеты можно проводить следующим образом. Вначале задаются несколькими значениями D и для каждого из них определяют п с использованием, с одной стороны, уравнения (1.3-11), с другой, касательных к реологическим кривым в прямоугольной и бнлогарифмической системах координат. Имеющиеся две функции затем отображаются на графике, причем желаемая величина п задается в точках пересечения кривых. Значение ц получают при пересечении с осью ординат при D=l, касательной к реологической кривой, действительной для скорости деформации при данном значении п.

б) Турбулентное течение псевдопластичных жидкостей

До настоящего времени не разработана теория и не предложены формулы для определения с достаточной степенью точности перепада давления при турбулентном режиме течения. Ниже приведены наиболее приемлемые формулы, взятые из работ, посвященных этому вопросу. Додж и Метцнер первыми предложили полуэмпирическую формулу,

основанную на теоретических расчетах перепада давления при турбулентном течении неньютоновских жидкостей. Эти авторы проводили свои эксперименты на водных растворах пластмасс (Додж и Метцнер, 1959), которые они считали псевдопластиками. Коэффициент гидравлического сопротивления по Доджу и Метцнеру можно определить с помощью уравнения

Re,

(1-3-21)

При п=1 это уравнение преобразуется к виду (1.1-6), действительному для течения ньютоновской жидкости в гладкостенных трубах.

Шейвер и Меррил в 1959 г. аналогичным образом использовали в своих экспериментах водные дисперсии пластмасс. На основании этих экспериментов они предложили для коэффициента гидравлического сопротивления следующее выражение

=- (1-3-22)

«6 Re 10,5" пс.пл

Это уравнение нельзя использовать для жидкостей, у которых п<. <;0,4. При и=1 эта формула приводится к виду (1.1-4). Отметим, что приведенные формулы выведены на основе экспериментов по течению жидкостей в гладкостенных трубах. Влияние щероховатости стенок труб на коэффициент гидравлического сопротивления пока не уста-н(*влено.

в) Тиксотропно-псевдопластичные жидкости

Из рис. 1.3-2 видно, что реологическая кривая тиксотропно-псевдо-пластичной нефти при любой продолжительности возмущения выглядит аналогично реологической кривой псевдопластичной нефти с реологическими характеристиками, не зависящими от времени. Следовательно, реологическая кривая для бесконечно большой продолжительности сдвигового возмущения применима для определения параметров установившегося потока, в том числе потерь напора на трение по методике, изложенной ранее. На практике часто устанавливают, что при продолжительности сдвигового возмущения более 10 мин реологическая кривая приближается к кривой, соответствующей бесконечно большому времени сдвига. При расчете перепада давления на относительно протяженных трубопроводах можно пренебречь тем фактом, что градиент давления на коротком участке вблизи начала трубопровода немного выше, чем градиент давления при установившемся движении потока на остальной части трубопровода. Для трубопровода относительно небольшой протяженности ошибка при расчете перепада давления при условии, что поток установившийся, может быть довольно значительной. Методика расчета перепада давления при неустановившемся течении разработана Риттером и Батицки в 1967 г.