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

Таким образом, средняя разность температур жидкости и внутренней стенки трубы равны

ср.-- (XI-99)

Перепад температур в стенке трубы можно определять по приближенной формуле

Afip- /" . (XI. 100)

По такой же формуле можно вычислять и перепад температур во внешнем кольце пористого тела, учитывая, что средний теплопроводный поток уменьшается до нуля с ростом радиуса от до г. Приняв

для технических вычислений в среднем РУср = > получим

АГ =ipL SlL. (XI. 101)

СР2 h глсрпп

Складывая перепады температур (XI. 99-XI. 101), получим следующее выражение для коэффициента пористого теплообменника

°тп 3t f?cp м /у т Пр\

Сопоставим формулу (XI. 93) для нормального трубного теплообмена с формулой (XI. 102) для теплообмена в пористой среде

"™ - а --------- (XI. 103)

р м I 5м I / dcp м \

\ dcp п / 2Хп

"ср

8Хп Лм \ "ср

Примем следующие конкретные значения а = 1000 ккал/м-4-° С-б„ = 0,002 м; К = 330 ккал/м-ч-С; dcp„ = 0,01 м; б„ = 0,003 м- dcpj, = 0,015 м; т = 0,30; i = 1,2. Пусть пористая среда состоит иэ сцементированных медных опилок. Тогда теплопроводность пористого тела по формуле (XI. 78) будет

= 7"". 330 = 192 ккал/м • ч • °С.

Отношение коэффициентов производительности двух типов теплообменников будет следующим

2 0,002

«тп 1000 330

0,01 0,002 0,010 0,003

8-192 330 0,015 2-192 228

Значит, имеются реальные возможности для новыщения производительности теплообменника примерно в 100 раз при постоянной поверхности теплообменных труб.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Очищенную медную трубу за-

поРистого ТЕПЛООБМЕННИКА сыпают Сортированными медными опилками или заполняют штампованными кружками из медной сетки. Средний диаметр опилок или плотность сетки подбирают в зависимости от пропускной способности для жидкости, с уменьшением диаметра опилок растет поверхность смачивания, следовательно, улучшается теплопередача от жидкости к металлу. Но при этом снижается проницаемость пористой среды, т. е. возрастают гидравлические сопротивления для потока жидкости, однако в дроссельной установке гидравлические сопротивления не являются препятствием, поскольку дроссельный нагреватель работает с высокими перепадами давления. Весь перепад давления в пористом теплообменнике можно использовать для генерации тепловой энергии так же, как и в специальном дроссельном элементе установки. Вполне возможно и, видимо, целесообразно было бы совместить теплообменник и дроссельный элемент в одном элементе - в пористом теплообменнике.

Трубу с опилками после заполнения нагревают электротоком до температуры выше плавления олова или другого металла, затем через пористую среду прокачивают расплавленный металл для получения сцементированного пористого тела, связанного с телом трубы. Излишки жидкого металла выдуваются нагретым азотом до постоянной проницаемости, потом продувают. изделие холодным азотом. Изготовленный таким способом элемент (труба dcp = 10 мм, длиной 1 м) пористого теплообменника должен в соответствии с формулой (XI. 87) передавать тепловую мощность примерно в 200 раз больше, чем при обычной схеме теплообменника.

ПРИМЕР РАСЧЕТА НАГРЕВАТЕЛЯ Рассчитываем дроссельную

установку для нагревания забоя скважины от начальной температуры 50° С до 150° С, т. е. для АГп = = 100° С, приводимую в работу нагнетательным агрегатом АН-500 при максимальном перепаде давления Ар = 500 кГ/см и расходе жидкости 4000 см*/сек. Термический к. п. д. дроссельного процесса для нефти принимаем равным тт = 0,75. Таким образом, полная тепловая мощность дроссельного генератора в соответствии с формулой (XI. 41) будет равна

= 0,084 • 0,75 • 4000 • 500 = 125 ООО ккал/ч.

Полезная тепловая мощность зависит от к. п. д. установки (от эффективности теплообменника). Применим теплообменник, обеспечи-

вающий Tin = 0,8. Тогда полезная мощность нагревателя составит Wn = 0,8 • 125 ООО = 100 ООО, ккал/ч или 28 ккал/сек,

что соответствует мощности электронагревателя 130 квт.

Коэффициент приемистости дроссельного элемента нагревателя находим из соотношения д/Ар = 4000/500 = 8 см/сек am. Коэффициент производительности теплообменника а вычисляется по формуле (XI. 70)

0,5.10-«-28-100 „ .°Г

- 42 700-0,75-0,8-0,2-500 ~ ккал/сек U

В соответствии с принятым к. п. д. установки тепловая мощность TFk, уносимая потоком жидкости из теплообменника, составляет 20% от мощности нагревателя, или 25ООО ккои/ч {1 ккал/сек), что по формуле (XI. 55) соответствует следующей разности температур входящей и выходящей из теплообменника нефти

"" 0,5 10.4000 =35°С.

Таким образом, циркулирующий тепловой поток в теплообменнике по формуле (XI. 56) достигает РУт = 3,5-57 = 200 ккал/сек, или ;720 ООО ккал/ч. На один градус перепада температуры теплообменник должен передавать 720 000 : 3,5 = 205 000 ккал/ч тепла. Для передачи такой тепловой мощности в нормальном трубном теплообменнике при а = ккал/м-ч-град, потребуется *«200 поверхности теплообмена. В ограниченном объеме ствола скважины это практически неосуществимо. Применив пористый теплообменник, сложенный из элементов, рассчитанных ранее, определяем, что для подачи указанного количества тепла требуется 20500 : 1700 = 120 м медных трубок диаметром dcp = Ю мм. При треугольном размещении трубок на расстояниях 15 мм в одной насосно-компрессорной 3" трубе помещается пучок из 20 трубок. Таким образом, длина теплообменника сокращается до 6 Л1 (до одной 3" трубы).

Площадь сечения 20 трубок внутреннего диаметра 0,8 см равна 10 см. Скорость фильтрации при расходе жидкости 4000 см/сек будет 4 м/сек. Для этой скорости фильтрации при длине пористой среды 2 X 600 см = 1200 см

\-,v = .mmd.cM/cns.

Пусть ц = 0,82 спз; тогда к = 800 д. Средний эффективный гидравлический радиус пор при такой проницаемости и тгеэ = 0,3 можно определить по формуле

гэ = 10-3.0,16 ]/10-3-0,161/- = 0,008 см.