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

Таким образом, на глубине 1,0 м температурные пределы исчезающе малы. Сдвиг фаз на глубине 0,3 м, согласно уравнению (7.2-6),

/86,400 0,32 4.п.4.9.10- = 35,5.103с = 9.9ч.

Теплопроводность грунта зависит от теплопроводности основной горной породы, входящей в состав грунта; размера и распределения гранул пород; насыпной плотности сухой части грунта; влажности грунта.

Маковский и Мохлинский на основе уравнения Джиманта вывели соотношение, описывающее теплопроводность влажного грунта (Дейвен-порт и Канти, 1971). Они рассматривали грунт, сухая часть которого состояла из гранул двух фракций: песка (размер гранул 0,002-2 мм) и глины (размер частичек менее 0,002 мм).

Если массовая доля глины составляет 5 а объемная доля влаги, отнесенная ко всей сухой составляющей грунта, Sb, теплопроводность влажного грунта выразится следующим образом:

X, = iA\gS,-B)W, (7.2-7)

где Л = 0,1424-0,0004655в; S = 0,0419-0,000313 Sb; С=6,24.10- р,р с-

Для определения коэффициента распределения температуры необходимо знать насыпную плотность и удельную теплоемкость грунта. Во влажном грунте

Ргр.в=Ргр.с(1+0,015з), (7.2-8)

Сгр.с + 0,013вСв Сгр.с + 41.95з и 9 а\

; .."rp.b 1--0,01.Sb 1+0,0ISb • (-/

Данное упрощение основано на том, что удельная теплоемкость воды (:«:= 4187 Вт/кг-К.

Вводя в формулу 7.2-2 коэффициенты, найденные из приведенных уравнений, получим для влажного грунта:

. п Ур-в - (lg.sb+ 5) 1пс /7 о.10

Рр.вСгр.в ~Ргр.с(Сгр.с + 41,95в) • l/.iu;

На рисунке 7.2-2 дана диаграмма Маковского и Мохлинского (Дей-венпорт и Конти, 1971), построенная на основе уравнения (7.2-7). На диаграмме даны, кривые, характеризующие зависимость теплопроводности влажного грунта от степени влажности для песка (/) и глин (2) с различной насыпной плотностью.

На рисунке 7.2-3 (заи1иствован из того же источника) представлены кривые, характеризующие рассеивание тепла для песка и глин с различной насыпной плотностью в зависимости от их влажности.

Разработаны различные методы и технические средства для определения теплопроводности природного грунта..

Из этих методов следует указать на метод игольчатого зонда, использующего неустановившиеся электрические явления (Маковский и Мохлинский, 1956). Игольчатый зонд представляет собой электронагревательное устройство, которое может рассматриваться как линейный источник тепла. Вводится он в скважину, пробуренную в грунте на том

месте, где должны быть проведены измерения. С помощью электроэнергии зона нагревается до такой степени, когда генерируется тепловой поток постоянной величины.

К внешней металлической оболочке зонда прикреплены две термопары, которые используются для измерения температуры оболочки на повторяющихся интервалах. Можно показать, что если тепловой поток

GO 80

Рис. 7.2-2. Влияние содержания воды на теп- Рис. 7.2-3. Влияние содержания воды лопроводность песка и глины (Дейвенпорт и на коэффициенты распределения тем-Конти, 1971) ператур для песка и глины (Дейвен-

порт и Конти, 1971)

постоянен, температура грунта (с внешней стороны металлической оболочки) на расстояниях от линейного источника тепла, эквивалентных диаметру зонда г, по истечении времени t описываются уравнением:

4лк,

Если значение гДогр достаточно мало, т. е. t велико и принимает значение rjap, то

I 4я (7.2-11)

т. е. при постоянном тепловом потоке температура изменяется как логарифм времени. Нанося значения этого отношения на логарифмическую сетку, получим прямую с углом наклона Ф*/4лХгр. Откуда затем, если значение Ф* известно, можно вычислить теплопроводность грунта.

В действительности, для того чтобы тепловой поток приобрел устойчивый характер, требуется некоторое время и, следовательно, все

указанные отношения станут линейными также только по истечении определенного непродолжительного (порядка 10 с) времени.

В практике промышленного проектирования и эксплуатации трубопроводов используется приведенное уравнение в видоизмененной форме, в котором учитываются тепловые свойства зонда, не соответствующие свойствам грунта. Зонд потребляет электрическую энергию, которая генерирует тепловой поток. Поэтому вместо определения теплового потока замеряют расход электроэнергии. Так как глубина проникновения теплового потока в грунт не превышает 20-30 мм, измерение требуется повторять многократно для того, чтобы получить более или менее представительную величину.

Теплопроводность нетронутого грунта - функция мгновенного значения влажности, которая находится в зависимости от погодных условий. Следовательно, одновременно с измерениями с помощью зонда необходимо отбирать пробы грунта, по которым определять его влажность, насыпную плотность сухой части грунта, относительное содержание песка и глины, а также удельную теплоемкость. Если известны эти параметры, то с помощью уравнений (7.2-7) и (7.2-11) найденные значения теплопроводности грунта и рассеивания тепла в нем могут быть экстраполированы для любой влажности (Дейвенпорт и Конти, 1971). Среднее долгосрочное рассеивание тепла можно определить на основе данных систематической регистрации изменений температур одновременно на поверхности грунта и на глубине h. Уравнения (7.2-5) и (7.2-6) приемлемы для вычисления Дпр, если известны: температурный период т.в, отношение значений температуры AThJAToa и величина сдвига фаз Дт.в.

Изменение температур может регистрироваться в течение всего года или за более короткие периоды времени.

7.2.2. ТЕМПЕРАТУРА НЕФТИ ПРИ ЛАМИНАРНОМ ТЕЧЕНИИ В ЗАГЛУБЛЕННОМ ТРУБОПРОВОДЕ

Температура потока нефти, прокачиваемой по трубопроводу, обычно отличается от температуры грунта.

Предполагая, что структура теплового потока как внутри трубопровода, так и вокруг него - установившаяся, с учетом следующих соображений определим изменение температуры нефти по оси трубопровода.

Часть потенциальной энергии потока нефти, движущегося в трубопроводе, трансформируется в тепло, которое нагревает нефть. Относительное повышение температуры нефти происходит в результате экзотермического процесса выпадения из нее отверждаемых выоококипя-щих компонентов. С другой стороны, температура нефти снижается вследствие перетока тепла от трубопровода к окружающей его среде, имеющей более низкую температуру.

При определении количества тепла, выделяющегося вследствие трения, предполагается постоянство коэффициента трения вдоль трубы.

Вследствие изменения сил давления Apdln/4 по длине I элемента трубы генерируется тепло в количестве Q - Apd\nllA.