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

•стью в отношении теплопроводности, графическая модель теплового потока при установившемся течении представляет собой систему линий теплового потока в сочетании с рядами перпендикулярных к ним изотерм (рис. 7.2-6).

Ближайшие к трубе изотермы представляют собой (с достаточной степенью точности) окружности, центры которых в соответствии с понижением температуры смещаются вниз по вертикальной оси.

В случае, представленном на рис. 7.2-6, полагаем, что стальная стенка трубы задерживает незначительное количество тепла. Тогда

(7.2-17)

Первый член знаменателя описывает внутренний конвективный теплообмен или тепловую устойчивость, второй - влияние теплоизоляции, наложенной на трубу, и третий-теплоизоляционный эффект самого грунта.

Численное значение первого слагаемого в знаменателе уравнения (7.2-17), характеризующегося коэффициентом внутреннего теплообмена аь можно определить по известным формулам. Этот коэффициент учитывает тепловой поток от оси трубы при температуре Гхр. в к стенке трубы при температуре Гос на единицу площади стенки трубы и на единицу перепада температуры.

Рис, 7.2-6. Модель теплового потока при установившемся течении

2 1110 (0 10

/о* 10 (О 10

Gr Рг

Рис. 7.2-7. Зависимость Nu от GrPr (Джилл и Рассел, Форд, 1955)

Среди формул, используемых для вычисления аь наиболее распространена зависимость на основе числа Нусельта Nu

"в

(7.2-18)

Интенсивность конвекционного теплопереноса зависит от того в какой зоне потока жидкости он происходит (Добринулауску и Бэу, 1969). Различают три характерных зоны потока жидкости: зону турбулентного течения, где значение числа Рейнольдса Re>10 переходную зону, для

которой Re = 2300-10", и зону ламинарного течения, если Re<2300. Согласно Сидеру и Тету, в зоне турбулентного течения

Nu=:0,027Re««PrV3 /JV" (7.2-19)

\ йтр.в

где р,ос-динамическая вязкость нефти по оси трубы; Цтр.в - динамическая вязкость нефти у стенки трубы.

Для переходной зоны Рамм предложил следующую распространенную формулу:

Nu = 0,027Re»«PrV3/-JV"/ i ±l°i (7.2-20)

\ lTp.B ; V не, I

в зоне турбулентного течения и; переходной зоне теплоперенос за счет конвекции протекает интенсивно, из-за чего для этих двух зон разность между температурой нефти по оси трубы и ее температурой у стенки трубы обычно не принимается в расчет. В ламинарных потоках интенсивность конвекционного теплопереноса значительно слабее. Однако, если жидкость подвергается принудительному перемещению, в ией также формируются струи свободной конвекции и они искажают конфигурацию профиля скоростей. Это искажение более значительно в вертикальных потоках, чем в горизонтальных. Для горизонтальных трубопроводов конвективный теплоперенос наиболее целесообразно характеризовать через произведение чисел Прандтля и Грашова (Форд, 1955):

VA,oc

Для ламинарного течения отношение числа Nu к произведению СгРг можно определить по зависимости Джилла-Рассела, которая показана на рис. 7.2-7 (Форд, 1955).

Если значение отсчета по оси абсцисс превышает 5-10*,

Nu = 0,184(CrPr)«3 (7.2-22)

Из сомножителей формул (7.2-21) и (7.2-22) с помощью формулы Крагоу (Добринеску и Булау, 1969) можно определить удельную теплоемкость с и коэффициент теплопроводности:

762,5+ 3,387- (72-23)

~ 2583 - 6340ро + 5965 (pff ~ Г (7.2-24)

0,134 -6,31-10-8 Г п УЯ\

Кс=-0- (/.2-20)

Рг=Рп-ог{Т-Т,)+арР. (7.2-26)

На первый взгляд, физическая характеристика нефти может быть определена в пределах средних значений температур нефти в начале и в конце трубопровода.

Но, как показали исследования Орличека и Пелла (1955 г.), теплопередача зависит прежде всего от природы и состояния пленки жидкости, удерживающейся на стенках трубы. Поэтому методически более правильно определять физические параметры нефти при средних температурах указанной пленки жидкости. Однако до сих пор не существует зависимостей, пригодных для определения этих температур. Для практических целей лучше всего, по-видимому, пользоваться показателями средней температуры стенки трубы в рассматриваемом сечении.

Вязкость жидкости зависит, главным образом, от ее температуры и значительно меньше от давления (в пределах давлений транспортируемой нефти).

По результатам лабораторных измерений строятся графики v = = f{p,T). Характер зависимости вязкости ньютоновских жидкостей от температуры описывается уравнением Вальтера

Ig lg{Wva)=b + c\gT,

где: а, b я с - постоянные величины, значение которых зависит от состава нефти; значение а колеблется в пределах 0,7-0,95, но для практических целей, с достаточной степенью точности можно принимать, а = = 0,8. Тогда

Iglg (104+0,8) = i.+clg Г. (7.2-27)

Это уравнение показывает, что в прямоугольной системе координат зависимость вязкости нефти от температуры будет представлена прямой. Вариант такой диаграммы (диаграммы Вальтера - Абелоде), соответствующий венгерскому стандарту MNOSZ-3258-53 приведен на рис. 7.2-8.

Для практических целей рекомендуется строить график зависимости вязкости от температуры по результатам определения вязкости по меньшей мере при трех значениях температуры.

Следует также убедиться в том, не проявляются ли аиомалии в течении нефти при наиболее низких температурах потока и не происходят ли потери легких фракций от испарения при наиболее высоких температурах.

С повышением давления вязкость несколько увеличивается. Согласно Добринеску и Булау (1969 г.), динамическая вязкость при давлении р описываются зависимостью

fx, .р = х,(0,9789+0,0261 plo" (7.2-28)

По этой зависимости вязкость увеличивается на 13% для нефти, имеющей плотность 900 кг/м, с повышением давления от атмосферного до р = 5,0 МПа.

Второе слагаемое в знаменателе уравнения (7.2-17) характеризует термостойкость теплоизоляции трубы. Теплопроводность покрытия зависит от свойств изолирующего материала и, прежде всего, от объема порового пространства и распределения пор в объеме изолирующего материала.