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

встречному потоку рабочей холодной жидкости. Таким образом, тепло, генерируемое в элементе 7, может быть рассеяно только через кожух 2, на котором для этой цели имеются ребра а. В качестве дроссельного элемента можно использовать пористое тело, регулируемый штуцер и пр. Тепловая мощность дроссельного нагревателя прямо пропорциональна механической мощности нагнетательного агрегата и может быть вычислена по формуле

IF = 0,084г1 (? Ар, (XI. 57)

где W - тепловая мощность в ккал/ч; г] - коэффициент полезного действия нагревателя; Q - расход жидкости в см/сек; Ар - перепад давления в дроссельном элементе в кГ/см.

Например, нагнетая 4000 см*/сек жидкости агрегатом АН-500 при давлении 500 кГ/см ж т] = 0,72, получим тепловую мощность W = 0,084-0,72-4000-500 = 120 000 ккал/ч: это соответствует мощности электронагревателя «:<140 квт. При необходимости повысить тепловую мощность дроссельного нагревателя можно применить соответствующее количество нагнетательных агрегатов, включая использование полной пропускной способности насосно-компрессорных труб. Предварительный расчет показывает, что предельная мощность дроссельного нагревателя, спущенного на 3" насосно-компрессорных трубах, превышает миллион килокалорий в час.

Благодаря высокой тепловой мощности, несложной конструкции, простоте применения и наличию на нефтяных промыслах нагнетательных агрегатов забойный дроссельный нагреватель может быть быстро внедрен в производство. Для этого приводим ниже обоснование ряда расчетных формул для вычисления основных параметров дроссельного агрегата.

Отношение механической мощности W, которая преобразуется дроссельным элементом в тепловую, к затрачиваемой механической мощности будем называть термодинамическим к. п. д. нагревателя

Л. = -. (XI. 58)

Рис. 47. Схема дроссельного забойного нагревателя.

Повышение температуры дросселирующей жидкости зависит от перепада давлений

dT = edp, (XI. 59)

где Т - температура; Р - давление; - коэффициент Джоуля-Томсона, определяемый следующим термодинамическим соотношением

причем А - механический эквивалент тепловой энергии; Ср - теплоемкость жидкости; V - удельный объем жидкости. Индексом р обозначаются параметры, значение которых соответствует постоянному давлению.

Тепловая мощность на пути перепада давлений dp равна произведению приращения температуры dt на теплоемкость жидкости и весовой расход

dHQ = Y cqdT = Y cq dp. (XI. 61)

Замечая, что у = -рг- и учитывая зависимость (XI. 60), ползгчаем из (XI. 61)

dWAq[i-\]. (XI. 62)

Механическая энергия, расходуемая на поддержание движения жидкости, определяется в тепловых единицах

dWu-=Aqdp. (XI. 63)

Частное из выражений (XI. 62) и (XI. 63) дает искомый термический к. п. д. дроссельного нагревателя

= l-v(-)p- (XI-64)

Второй член выражения (XI. 48)

представляет собой коэффициент термического расширения жидкости. Значит, термодинамический к. п. д. дроссельного нагревателя можно вычислить по формуле

г1 = 1 а,Т. (XI. 66)

Представление о реальных значениях термодинамического к. п. д. дроссельного нагревателя можно получить по данным, приведенным в графе 4, табл. 5.

Дистиллированная вода при температуре свыше 20° С обладает высоким к. п. д. - порядка 0,94. В пределах температур от нуля до 4° С коэффициент термического расширения воды ниже нуля, следовательно, значение т)т > 1. В этих условиях вода нагревается также и вследствие снижения внутренней потенциальной энергии.

Высокими к. п. д. (выше 0,9) отличаются такие жидкие металлы как ртуть, сплав Na - К и др.; нефть и нефтепродукты обладают средними значениями к. п. д. - выше 0,7.

В нагревательном узле накопляется часть тепловой энергии, генерируемой в дроссельном элементе, и часть тепловой энергии отработанной жидкости, возвращаемой через теплообменник. Накопленная энергия расходуется на нагревание забоя и частично на теплопроводные потери через наружные стенки теплообменника в результате несовершенства тепловой изоляции. Некоторая часть тепловой энергии выносится отработанным потоком жидкости. Сказанное можно записать в виде следующего теплового баланса

(XI. 67)

где - тепловая мощность дроссельного элемента; - тепловая мощность потока, циркулирующего в системе через теплообменник; Wn - полезная тепловая мощность нагревателя; W}, - теплопроводные потери; Wk - тепловая мощность конвективного потока, уходящего за пределы системы.

Генерируемая тепловая мощность определяется формулой

(XI. 68)

где q - объемный расход жидкости.