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 ] 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139

поддержания процесса, значительно меньше при влажном горении, чем при сухом. Опираясь иа приведенные вьппе допущения и полагая (а*)сг ~ = 380 "С (значение, меньшее чем при сухом горении), находим, что (Vgui,)cr 91 нм/м и {mf.lv) * = 8,4 кг/м . Эти цифры хорошо согласуются с зксперимеитальными данными, полученными иа лабораторных стендах при использовании адиабатических рабочих камер. Еще более низкие значения можно получить, если существует возможность поддерживать режим сверхвлажного горения.

Было предложено рассмотреть условия теплового баланса при перемещении фронта горения для оценки протяженности слоя тара при совместном нагнетании воды и воздуха (с учетом тепловых потерь в окру-жаияцие породы [6.S]. Формулировка задачи аналогична поставленной Марксом и Лонгенхеймом для вытеснения паром [6.2S], ио в данной задаче учитывается продвижение фронта горения, что приводит к определению пределов зоны пара в области за фронтом.

Определение профилей температуры. К настоящему времени разработан ряд аналитических решений уравнений сохранения знергии для простого моделирования распространения сухого горения в спутном потоке при линейной или радиальной геометрии. При зтом принимают некоторые упрощающие допущения относительно теплообмена: в большинстве случаев пористую среду рассматривают как зквивалентную единую недрерывную среду (раздел 1.4.2), явлениями парообразования и конденсации предебретают; фронт горения считают бесконечно тонким: количество воздуха, необходимое для выжигания единичного объема пласта, полагают постоянным, так же, как и количество тепла, выделяемого на единицу массы потребляемого кислорода.

В модедях с радиальной геометрией фронт горения представляется цилиндрическим источником тепла конечной или бесконечной длины, находящимся в движении (рис. 6.4).

Если расход нагнетаемого воздуха на единицу длины ш = г/Япостоянен, то скорость фрсжта горения и, ~ 1/г.

Действительно

II,, 2т: г,, и,.

(6.23)

(In Ь1 I

ir-cT:. (6-24)

т. е.

При методике расчета, справедливой дпя сухого горения (уравнении 6.11 и 6.12). положив (Гд)™ - Г, = 380 "С, можно получить: (К,,/и,) « 157 нм/м и (mjy) « 14,5 кгГм*.

Рнс. 6.4. Геометриеская модель пласп и окр ужак щнх пород

Вспомним, что Vg - расход воздуха, отнесенный к поверхности фронта горения, а = K„/kj - необходимое количество воздуха и -начальный радиус фронта.

Другой метод учитывает, что расход воздуха на единицу толщины пласта пропорционален радиусу г:

(6.26)

Откуда

V. k

= в;

d/ гка

и, если при f = О радиус фронта равен нулю, то

(6.27)

гъ -

271 в

(6.28)

Расход воздуха Vg и скорость постоянны и радиус линейно возрастает со времжем t.

В первых расчетах температу1»шх профилей при радиальном распространении тшла учитывали только теплообмен за счет теплопроводности [6.6], [6.7]. В слое конечной толщины тепловые потери в окружающие породы приводят к исчеэновшию фронта горения, если расход воздуха слищком мал.

Совместное влияние процессов теплопереноса, обусловленного теплопроводностью и конвекцией, впервые было рассмотрено Баклеем и Ларкиным [6.8] при очень шецифических условиях. Они допустили, что либо тепловые потери в вертикальном направлшии равны нулю, либо градиент температуры бесконечш на границе слоя (считали, что температура на кровле и на подоише пласта равна его температуре Г.). Этот последний случай рассматривался только в задаче с линейной геометрией.

Более разработанная модель была предпожша Томасом [6.9]. Он

допускает, что с гвдро- и термодинамической точек зрения слой имеет бесконечную толщину, причем расход воздуха одинаков во всех точках вертикальной плоскости. Зато зша горения аппроксимируется источником тепла конечной высоты Я, меньшей или равной истинной толщине пласта. Таким образом, здесь проведаю разграничение вмещающих пород и непосредственно пласта. В дополноше к ущющающим допущениям Томас пренебрегает в уравнопш теплового баланса течением жидкостей, но рассматривает п>енос знтальпии газами в радиальном нащшв-лении. Однако тешкшеренос в вертикальном направлении обусловлен исключительно теплопроводностью. Автор допускает, что тепловые параметры независимы от температу!»! и давления и их величины неизмед-ны во всем рассматриваемом обьеме. Считается, что кислород нагнетае-мого воздуха полностью потребляется на фронте горения.

В рассматриваеьюм случае уравноше созфанения знергии (136) с учетом члена, опнсывакяцего источник тепла, записывается следующим образом:

а*Т 1£Г

дг* г дг dz*

(6.29)

где X* - эквивалентный козффициент теплопроводности среды, обладающей объемной тошоемкостью (рс) *; р с„ - удельная теплоемкость воздуха, нагнетаемого с расходом ш на единицу толщины пласта.

Член <7с определяется с учетом расположшия начальной точки оси z в средней плоскости сечения источника тепла (см. рис. 6.4) в виде

= И (г, H/Z) Q< «. 8 (г - и) , (630)

ще Qi - теплотворная способность топлива; m/v - масса топлива в единице обьема пористой среды; - скорость раофостранения фронта горения.

Член 5 (г - гд) - функция Д1фака, обратно пропорциональная длине. Причем - радиус хжта горения, а функция S2(z, 12) = 1 при z < <H/2Hn(z,H/2) =Опри z>H/2.

Решение уравношя (6.29) относительно Г(г, z, t) должно удовлетворять следующим условиям:

Г(г, Z, 0) = Г, - начальное условие; Г(«», ее. Г) = Г, - граничное условие.

Решоше методом подбора подходящей функции Грина приводит к следующему результату:

т (г,« т - ,г. Р ехр/-!!±izAzw) \

(* -т)[<Ьт/(7М)]"/