CC BY
9крутизны градуированной характеристики невозможно получить высокую точность измерений методом геометрического сноса ультразвуковой волны. Доплеровский метод наиболее широко применяется для измерения локальных скоростей, а в области измерения расхода имеет ограниченные возможности.
Такое обилие и разнообразие конструкций и схем УЗР вызвано постоянным совершенствованием ультразвукового метода, как наиболее перспективного метода измерения расхода и количества вещества. Те или иные конструкции специально создавались для определенных условий. Так, например, накладные УЗР просто незаменимы в случаях, когда необходимо проводить учет энергоносителя без остановки технологического процесса. А многоканальные УЗР характеризуются высокой точностью измерения, но при этом имеют большую стоимость.
Список литературы
1. Тросников Дмитрий, Жук Владимир. Расходомеры: принципы работы и опыт эксплуатации // Энергетика и Тэк, 2008. № 5(62).
2. Лобачев П.В., Шевелев Ф.А. Измерение расхода жидкостей и газов в системах водоснабжения и канализации. М.: Стройиздат, 1985. 424.
3. Киясбейли А.Ш., Измайлов А.М., Гуревич В.М.Частотно-временные ультразвуковые расходомеры и счетчики. М.: Машиностроение, 1984. 128 с.
4. Коробко И.В., Гришанова И.А., Писарец А.В., Кузьменко П.К. Использование приборов коммерческого учёта на Украине // Энергосбережение (Москва), 2005. №3. С. 36-40.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СРЕДЫ В ВАКУУМНОМ
ДЕГАЗАЦИОННОМ ТРУБОПРОВОДЕ 1 2 Нужненко С.А. , Герасименко Е.Ю.
1Нужненко Сергей Александрович - студент, кафедра автоматизации технологических процессов и производств нефтегазового комплекса;
2Герасименко Евгений Юрьевич - кандидат технических наук, доцент, кафедра автоматизации и математического моделирования в нефтегазовом комплексе, Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону
Аннотация: в статье рассмотрены особенности изменения динамической и кинематической вязкости аэродисперсных систем на участках дегазационного трубопровода в зависимости от массовой концентрации твердой фазы. Ключевые слова: трубопровод, скорость движения, вакуумная дегазация.
При разработке месторождений на больших глубинах в сложных горногеологических условиях актуальным вопросом является совершенствование технологий и технических средств дегазации, а также проведение необходимых дегазационных мероприятий для обеспечения безопасных условий труда.
Эффективность функционирования дегазационной системы зависит от сложности газопроводной сети, мощности вакуум-насосов, числа подсоединенных к трубопроводу дегазационных скважин, величины расхода газа и влаги из дегазационных скважин, а также технического состояния трубопровода. В процессе развития горных работ увеличивается число последовательных соединений участковых трубопроводов и возрастает их суммарное гидравлическое сопротивление. По этой причине прокладывают дополнительные параллельные
участки трубопровода, длина и диаметр которых определяются с учетом необходимых расходных характеристик.
При определении газодинамических параметров и расходных характеристик участковых дегазационных трубопроводов на стадии проектирования и реконструкции газопроводной сети необходимо располагать достоверной информацией о физических свойствах транспортируемой среды. Несмотря на работу пыле- и влагоотделителей, при интенсивном поступлении пыли, шлама и воды из дегазационных скважин в газопроводную сеть происходит увеличение влажности и запыленности каптируемой метано-воздушной смеси (МВС). [1] Это приводит к изменению физических свойств среды по сравнению с «чистой» МВС и отклонению расходных характеристик участковых дегазационных трубопроводов от их нормативных значений. [2] В случае притечек воздуха в газопроводную сеть и загрязненности внутренней поверхности труб, колебания расходных характеристик участковых трубопроводов увеличиваются, что может стать причиной снижения эффективности дегазации и возникновения аварийных ситуаций.
С учетом наличия взвешенных в газовом потоке компонентов транспортируемую по трубопроводам среду следует рассматривать как аэродисперсную систему с определенными физическими свойствами.
Относительная влажность и влагосодержание МВС определяются по формулам
[3]:
* = (1)
(I = Д Рг _ д <РРг (2)
Г «г Р -Рг «г Р -Рг' г
где р , рг - давления влажной МВС и пара, Па; рг - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па; Rr - газовая постоянная водяного пара, Дж/(кгК).
а =л—ргп_1_\ (3) ят т чй яг/
Плотность влажной МВС (3)
где Т - температура влажной МВС, К; R - газовая постоянная «чистой» МВС, Дж/(кгК).
Влажная МВС может быть насыщенной (ф < 1, 0 < рг < рг ) и ненасыщенной (ф = 1, рг = р г ). При этом ее газовая постоянная и молекулярная масса будут определяться из следующих соотношений:
Я = Я + й Иг; (4)
ш = ш + й шг (5)
где т, тг - молекулярные массы «чистой» МВС и пара, кг/моль.
В соответствии с (4) динамическая вязкость влаги (пара) в газовом потоке
цг = 8 , 1 7 ■ 1 0 " 6 I— [ 1 - 2 , 1 ■ 1 0 "6 (Т - 39 3,1 5) " 2 рг], (6)
г-г Т+961 ^273 4 ' гг '
где рг - плотность водяного пара, кг/м3.
Динамические вязкости воздуха (5), метана (6) и их смеси (7) в дегазационном
трубопроводе будут определяться как:
^ = 1,5; (7)
1^ = 1 О" 6Ктехр[хт(3,48384-1 0" 6Т" 1 рт )24 " °,2 х™]; (8) (Мт=-Ша-+ УтМт , (9)
Уч+УтФт-ь Ут+Уь'Фь-т
где - динамическая вязкость воздуха при температуре Т0 = 273 К, Па с; С -постоянная Сезерленда для воздуха; А - относительная плотность по воздуху, д.е.; где рт - давление метана, Па; Тт - температура метана, К; К т, хт - числовые параметры,
определяемые согласно [4]; у,, ут - мольные доли воздуха и метана, д.е.; щт.п щу.т -числовые параметры, определяемые согласно [5].
Если МВС и водяной пар рассматривать как два различных газа, то для определения динамической вязкости влажной МВС как некоторого бинарного газа можно воспользоваться соотношением (9).
Рассмотрим случай, когда в потоке влажной МВС содержаться частицы пыли с эквивалентным диаметром dt, размеры которых превосходят размеры газовых молекул. В связи с этим указанные частицы не оказывают заметного влияния на динамическую вязкость среды (исключая случай высокой концентрации этих частиц в потоке). В связи с этим в качестве физического параметра влажной МВС с частицами пыли указанного диаметра следует рассматривать среднюю величину результирующей плотности среды
Рг = РьСь +Р (1 - с) = рьсь + - Ц- (1 - ] (1 - с) , (10)
где - плотность твердых частиц, кг/м3; с - объемная концентрация твердых частиц диаметром, д.е.
Рассмотрим случай, когда во влажной МВС присутствуют высокодисперсные частицы пыли с эквивалентным диаметром dp < 0,1 • 10-6 м. Так как эти частицы участвуют в броуновском движении молекул газа и формировании вязкости среды, то введем допущение, согласно которому частицы пыли диаметром dp < 0,1 • 10-6 м и массовой концентрацией ср образуют «пылевой» газ [5], подчиняющейся кинетической теории газов. Тогда согласно работе [5] для средней скорости ир и длины свободного пробега Хр этих частиц можно записать:
ир = [8 кТу (тг6 - гпйърр,)" г] 0' 5 ; (11)
1
= П а2рпрл' (12)
где k = 1,380622 10-23 - постоянная Больцмана; пр = сртр_1 - число частиц пыли в единице объема; тр = 6-1 кdppt - масса частицы пыли, кг; ср = Сppt - массовая концентрация частиц пыли, кг/м3; Ср - объемная концентрация частиц пыли, д.е, определяемая из соотношения
Ср = Ср р- 1 = Пр6- 1ттйр. (13)
Молярная масса Мр и динамическая вязкость цр рассматриваемой газообразной фазы:
Мр = 6- Ч3р р^а; (14)
(15)
где Na = 6,022 1023 моль-1 - число Авогадро.
Динамическая вязкость аэродисперсной системы будет зависеть от влажности МВС и объемной концентрацией частиц пыли диаметром dp. Объединяя две фазы: водяной пар и МВС будем рассматривать влажную МВС как некоторый газ. Если не учитывать частицы пыли диаметром dt, то аэродисперсную систему можно рассматривать как бинарную газовую смесь, состоящую из влажной МВС (некоторого газа) и «пылевого» газа. Для определения динамической вязкости рассматриваемой аэродисперсной системы ^2 можно воспользоваться соотношением (9), а для величины ее плотности и кинематической вязкости можно записать:
р2 = рс +Р (1 - с) = РС + [р - ^ (1 - 1)] (1 - с) ; (16) у2=^, (17)
Р 2
где ^2 - динамическая вязкость аэродисперсной системы, Пас.
Если учитывать содержание взвешенных частиц пыли диаметром dt, то отношения (16), (17) примут вид:
Рз = РьСь +Р (1 = РС + - Т б " ] (1 " ^; (18)
В выражении (19) величина динамической вязкости будет такой же, как и в (17).
На рисунке 1 представлены результаты расчета изменения динамической и кинематической вязкости аэродисперсной системы на участке дегазационного трубопровода в зависимости от массовой концентрации высокодисперсных частиц пыли, полученные по формулам (9) и (17) соответственно.
№'10~5: Па-с 1
1.615
гуНКкг/м3
Рис. 1. Изменение динамической (а) и кинематической (б) вязкости аэродисперсной системы
на горизонтальном участке вакуумного дегазационного трубопровода при относительной влажности МВС ф = 1 в зависимости от массовой концентрации высокодисперсных частиц
пыли диаметром dp = 0,110-6 м
Анализ рисунка 1, а показывает, что динамическая вязкость аэродисперсной системы обратно пропорциональна величине массовой концентрации ср высокодисперсных частиц пыли. Это связано с малой средней скоростью броуновского движения этих частиц, а также с уменьшением длины их свободного пробега при возрастании параметра ср.
Из рисунка 1, б следует, что характер изменения кинематической вязкости аэродисперсной системы будет идентичен рис. 1,а. Отличие будет заключаться лишь в более быстром убывании параметра v2 при соответствующем возрастании массовой концентрации ср.
Таким образом, при расчете расходных характеристик участков вакуумной газопроводной сети в качестве транспортируемой по дегазационному трубопроводу среду целесообразной рассматривать аэродисперсную систему с определенными физическими свойствами.
Список литературы
1. Новиков Л.А. Определение потерь давления на загрязненных участках вакуумного дегазационного трубопровода / Л.А. Новиков // Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. / Ин-т геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины. Днепропетровск, 2011. Вып. 92. С. 258-263.
2. Дегазация угольных шахт. Требования к способам и схемам дегазации. Киев, 2004. 126 с.
3. Бурцев С.И. Влажный воздух. Состав и свойства: Учеб. пособ. / С.И. Бурцев, Ю.Н.Цветков. СПб.: СПбГАХПТ, 1998. 146 с.
4. Сухарев А.МТехнологический расчет и обеспечение надежности газо- и нефтепроводов / А.М. Сухарев, А.М. Красевич // РГУ нефти и газа. М.: ГУП «Нефть и газ», 2000. 270 с.
5. Асламова В.С. Прямоточные циклоны. Теория, расчет, практика/ В.С. Асламова // АГТА. Ангарск: АГТА, 2008. 233 с.
ДОБЫЧА НЕФТИ ШТАНГОВЫМИ ГЛУБИННО-НАСОСНЫМИ
УСТАНОВКАМИ
1 2 Нужненко С.А. , Герасименко Е.Ю.
1Нужненко Сергей Александрович - студент, кафедра автоматизации технологических процессов и производств нефтегазового комплекса;
2Герасименко Евгений Юрьевич - кандидат технических наук, доцент,
кафедра автоматизации и математического моделирования в нефтегазовом комплексе, Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону
Аннотация: в статье рассматривается процесс добычи нефти штанговыми глубинно-насосными установками.
Ключевые слова: добыча, скважина, насосная установка, нефть.
Эксплуатация нефтяных скважин штанговыми глубинно-насосными установками (ШГНУ) - один из основных и широко распространённых способов механизированной добычи нефти в мире. ШГНУ можно условно разделить на две части: наземную и подземную. Наземная часть состоит из механизмов, предназначенных для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение плунжера глубинного насоса при помощи колонны насосных штанг. В качестве таких механизмов применяются станки-качалки балансирного типа с индивидуальным приводом. Возвратно-поступательное движение плунжера насоса и колонны насосных штанг осуществляется кривошипно-шатунным механизмом станка-качалки, установленного около устья скважины. Станок-качалка приводится в движение от электродвигателя через клиноременную передачу и двухступенчатый редуктор.
Скважинный штанговый насос представляет собой плунжерный насос одинарного действия специальной конструкции, приспособленный для работы в скважине на большой глубине. Привод плунжера насоса осуществляется с поверхности через колонну насосных штанг, которая подвешивается через канатную подвеску к головке балансира станка-качалки.
Развитие и дальнейшее совершенствование конструкций станков-качалок складывалось под влиянием необходимости обеспечения круглосуточной, непрерывной работы под открытым небом в различных климатических условиях, а также с учётом удалённости нефтяных скважин от оперативного вмешательства человека. Учитывалась сложность проведения в полевых условиях работ на нефтяных скважинах технического обслуживания и ремонта, монтажных работ по установке и демонтажу привода в целом. Всё это обусловило необходимость обеспечения следующих основных технических требований, которые предъявляются к станкам-качалкам:
- максимальная простота конструкции и высокая надёжность;
- регулирование скорости откачки в возможно большем диапазоне;
