Научная статья на тему 'Об инерционном осаждении капель жидкости, впрыскиваемой в трубопровод центробежной форсункой'

Об инерционном осаждении капель жидкости, впрыскиваемой в трубопровод центробежной форсункой Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
93
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТРУБОПРОВОД / PIPELINE / РАСПЫЛИВАНИЕ ЖИДКОСТИ / LIQUID ATOMIZATION / ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ФОРСУНКА / КАПЛИ / DROPLETS / ОСАЖДЕНИЕ / DEPOSITION / SWIRL INJECTOR

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Ходырев А.И., Муленко В.В.

В статье рассмотрена проблема распыливания жидкости в трубопроводе малого диаметра. При работе центробежной форсунки, установленной в трубопроводе, возможно интенсивное осаждение на стенку трубы вылетающих из сопла капель вследствие действия инерционных сил, что может сделать процесс распыливания малоэффективным. В статье приведены результаты расчетов и экспериментальных исследований, выполненных на двух стендах: низкого давления с трубопроводом DN 100 и высокого давления с камерой DN 75. Показано, что результаты расчетов инерционного осаждения по известным методикам довольно хорошо совпадают с экспериментальными данными при низком давлении, а при высоком давлении различия могут быть существенными. Испытания показали, что при низком давлении при всех исследованных форсунках (диаметр сопла от 0,4 до 0,8 мм) и режимах впрыска около половины или даже более половины всей распыливаемой жидкости осаждается на стенку в прифорсуночной зоне (на расстоянии до 0,25 м от форсунки). Интенсивность инерционного осаждения капель снижается при увеличении диаметра трубы, уменьшении диаметра сопла, увеличении перепада давления на форсунке и повышении давления газа в газопроводе. Применение форсунок с диаметром сопла 0,8 мм и более в трубопроводах малого диаметра представляется нецелесообразным. Сделан вывод, что во избежание инерционного осаждения капель впрыскиваемой жидкости следует предусмотреть в точке впрыска локальное увеличение диаметра газопровода до уровня не менее DN 150, а за счет геометрии распылителя форсунки и перепада давления на ней обеспечить высокое качество распыливания жидкости.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Ходырев А.И., Муленко В.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE INERTIAL DEPOSITION OF LIQUID DROPLETS INJECTED BY SWIRL INJECTOR INTO PIPELINE

The problem of liquid atomization in a small-diameter pipeline is studied in the present work. The use of swirl injector in a pipeline can lead to the intensive deposition of the droplets outgoing from the injector nozzle on pipelines walls due to inertial forces, thus making spraying process inefficient. The results of calculations and experimental studies performed on two test benches (low-pressure with D = 100 mm pipeline and high-pressure with D = 75 mm chamber) are presented. It is shown that the results of calculations of inertial deposition by known methods coincide well with the experimental data at low pressure, but at high pressure the differences can be significant. The tests showed that under low pressure about the half or more of the atomized liquid deposits on the wall near the injector (at distances up to 0.25 m from the injector) for all tested injectors (nozzle diameter from 0.4 to 0.8 mm) and in all injection modes. The intensity of the inertial deposition of droplets decreases with a pipeline diameter, with the pressure drop in injector, and with gas pressure in pipeline, and also decreases with the decrease of injector nozzle diameter. The use of injectors with a nozzle diameter of 0.8 mm and larger is not reasonable in small diameter pipelines. The work concluded that in order to avoid inertial deposition of droplets of injected liquid, it is necessary to provide the local increase of gas pipeline diameter at the injection point to a level of at least D = 150 mm and to ensure the high quality of liquid atomization with the geometry of the spray nozzle and the pressure drop across it.

Текст научной работы на тему «Об инерционном осаждении капель жидкости, впрыскиваемой в трубопровод центробежной форсункой»

ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ТРУБОПРОВОДОВ

УДК 66.069.83

А.И. Ходырев1, e-mail: aihod@mai1.ru; В.В. Муленко1, e-mail: vmuienko@maii.ru

1 ФГБОУ ВО «Российский государственный университет нефти и газа (Национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).

Об инерционном осаждении капель жидкости, впрыскиваемой в трубопровод центробежной форсункой

В статье рассмотрена проблема распыливания жидкости в трубопроводе малого диаметра. При работе центробежной форсунки, установленной в трубопроводе, возможно интенсивное осаждение на стенку трубы вылетающих из сопла капель вследствие действия инерционных сил, что может сделать процесс распыливания малоэффективным. В статье приведены результаты расчетов и экспериментальных исследований, выполненных на двух стендах: низкого давления с трубопроводом DN 100 и высокого давления с камерой DN 75. Показано, что результаты расчетов инерционного осаждения по известным методикам довольно хорошо совпадают с экспериментальными данными при низком давлении, а при высоком давлении различия могут быть существенными.

Испытания показали, что при низком давлении при всех исследованных форсунках (диаметр сопла от 0,4 до 0,8 мм) и режимах впрыска около половины или даже более половины всей распыливаемой жидкости осаждается на стенку в прифорсуночной зоне (на расстоянии до 0,25 м от форсунки). Интенсивность инерционного осаждения капель снижается при увеличении диаметра трубы, уменьшении диаметра сопла, увеличении перепада давления на форсунке и повышении давления газа в газопроводе. Применение форсунок с диаметром сопла 0,8 мм и более в трубопроводах малого диаметра представляется нецелесообразным.

Сделан вывод, что во избежание инерционного осаждения капель впрыскиваемой жидкости следует предусмотреть в точке впрыска локальное увеличение диаметра газопровода до уровня не менее DN 150, а за счет геометрии распылителя форсунки и перепада давления на ней обеспечить высокое качество распыливания жидкости.

Ключевые слова: трубопровод, распыливание жидкости, центробежная форсунка, капли, осаждение.

A.I. Khodyrev1, e-mail: aihod@mai1.ru; V.V. Mulenko1, vmu1enko@mai1.ru

1 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)" (Moscow, Russia).

The Inertial Deposition of Liquid Droplets Injected by Swirl Injector into Pipeline

The problem of liquid atomization in a small-diameter pipeline is studied in the present work. The use of swirl injector in a pipeline can lead to the intensive deposition of the droplets outgoing from the injector nozzle on pipelines walls due to inertial forces, thus making spraying process inefficient.

The results of calculations and experimental studies performed on two test benches (low-pressure with D = 100 mm pipeline and high-pressure with D = 75 mm chamber) are presented. It is shown that the results of calculations of inertial deposition by known methods coincide well with the experimental data at low pressure, but at high pressure the differences can be significant.

The tests showed that under low pressure about the half or more of the atomized liquid deposits on the wall near the injector (at distances up to 0.25 m from the injector) for all tested injectors (nozzle diameter from 0.4 to 0.8 mm) and in all injection modes. The intensity of the inertial deposition of droplets decreases with a pipeline diameter, with the pressure drop in injector, and with gas pressure in pipeline, and also decreases with the decrease of injector nozzle diameter. The use of injectors with a nozzle diameter of 0.8 mm and larger is not reasonable in small diameter pipelines. The work concluded that in order to avoid inertial deposition of droplets of injected liquid, it is necessary to provide the local increase of gas pipeline diameter at the injection point to a level of at least D = 150 mm and to ensure the high quality of liquid atomization with the geometry of the spray nozzle and the pressure drop across it.

Keywords: pipeline, liquid atomization, swirl injector, droplets, deposition.

72

№ 3 март 2018 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

PIPELINES OPERATION AND MAINTENANCE

E

s s

60 MKM (цт)

100 150 200 X, мм (mm)

50 MKM (цт) 40 MKM (цт)

30 MKM (p m)

20 MKM (цт) 10 MKM (pm)

300

Рис. 1. Расчетные траектории капель различного диаметра при атмосферном давлении газа Fig. 1. Calculated pathways of different diameters drops at the gas atmospheric pressure

При решении ряда технических проблем, например для предотвращения образования гидратов [1] или при реализации аэрозольного способа инги-биторной защиты газопроводов [2], рассматривается вопрос эффективности распыливания жидкости в трубопроводе малого диаметра. Обычно основной задачей распыливания жидкости является увеличение площади межфазной поверхности, которая растет с уменьшением размера образующихся капель. В большинстве случаев для распыливания жидкости применяют центробежные форсунки, гораздо реже - газожидкостные (пневматические). При этом следует учитывать, что при работе центробежной форсунки образуется так называемый факел распыла, размеры которого зависят от ряда параметров, характеризующих конструктивное устройство форсунки (диаметр сопла, диаметр и число входных тангенциальных каналов, плечо закручивания) и режим ее работы (перепад давления), а также от плотности и режима течения газа в трубопроводе. И так как производимые форсункой капли вылетают из сопла с высокой скоростью, возможно их интенсивное осаждение на стенку трубы вследствие действия инерционных сил. При борьбе с гидратами это может сделать процесс распыливания малоэффективным или даже практически бесполезным: после полного смачивания всей поверхности рабочего участка трубопровода площадь межфазной поверхности практически не будет зависеть от режима впрыска. Данная проблема описана в работе [3], посвященной исследованию влияния распыливания метанола на эффективность предотвращения гидрато-образования. Экспериментальные исследования проводились на стенде, содержащем трубу с внутренним диаметром 23 мм, в которую дозировочным насосом перпендикулярно газовому потоку на расстоянии 0,85 м до сепаратора подавался водометанольный раствор с относительным расходом около 4,5 л на

1000 м3 газа. Для выяснения влияния предварительного распыления мета-нольных растворов на эффективность перехода метанола в газовую фазу подача метанольных растворов проводилась как с помощью форсунки, т. е. с распыливанием, так и без нее (струйно). Из полученных экспериментальных данных следовало, что предварительное распыливание метанольного раствора хотя и приводит к некоторому повышению перехода метанола в газовую фазу, но этот эффект довольно мал. На основании этого авторами работы [3] был сделан вывод о нецелесообразности распыливания метанольных растворов, подаваемых в газовый турбулентный поток для предотвращения гидрато-образования. Этот вывод был положен в основу многих проектов установок комплексной подготовки газа и в дальнейшем не проверялся. На наш взгляд, это совершенно необоснованный вывод, так как исследовать процесс формирования двухфазного потока необходимо с учетом соотношения размеров факела форсунки и диаметра трубы, в которой она установлена. И то, что справедливо для трубопроводов малого диаметра ^ 100 и менее), некорректно для трубопроводов большего диаметра.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ КАПЕЛЬ

Как известно, при истечении жидкости из сопла центробежной форсунки образуются капли разных размеров, движущиеся по инерции под некоторым углом к оси сопла, причем этот угол и начальная скорость движения первоначально одинаковы для всех капель. В дальнейшем в результате того, что сила аэродинамического сопротивления определяется площадью поперечного сечения частицы, а следовательно, интенсивность торможения о газовую среду капель разных размеров различна, происходит сепарация капель по размерам. Построить траектории движения капель некоторого размера можно по модели одиночной капли Д.Н. Вырубова [4], методика расчета центробежной форсунки по которой изложена в работе [5], при следующих допущениях:

• сила тяжести пренебрежимо мала по сравнению с силами инерции и аэродинамического сопротивления;

• турбулентность не оказывает влияния на движение капли;

• капля рассматривается как недефор-мируемый шар неизменного диаметра. Пример результатов расчета по такой модели (положение форсунки - по по-

Для цитирования (for citation):

Ходырев А.И., Муленко В.В. Об инерционном осаждении капель жидкости, впрыскиваемой в трубопровод центробежной форсункой // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2018. № 3. С. 72-78.

Khodyrev A.I., Mulenko V.V. The Inertial Deposition of Liquid Droplets Injected by Swirl Injector into Pipeline. Territorija «NEFTEGAS» = Oil and Gas Territory, 2018, No. 3, P. 72-78. (In Russian)

TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 3 March 2018

73

ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ТРУБОПРОВОДОВ

току; скорость газа в трубе Ш = 1 м/с; угол вылета капли а = 45°; начальная скорость капли /0 = 100 м/с, что соответствует перепаду давления на форсунке ДР = 5 МПа) приведен на рис. 1. Расчеты показывают, что удаление капель от оси сопла будет тем больше, чем выше их начальная скорость (определяемая перепадом давления на форсунке), больше размер капли и меньше плотность газовой среды. Но здесь следует иметь в виду, что в реальных условиях первые два фактора технологически взаимосвязаны: повышая перепад давления, мы увеличиваем начальную скорость, но уменьшаем размер производимых капель.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАСПЫЛИТЕЛЯ ФОРСУНКИ И РЕЖИМА ВПРЫСКА НА ТРАЕКТОРИЮ ДВИЖЕНИЯ КАПЕЛЬ

Влияние параметров распылителя форсунки и режима впрыска на интенсивность осаждения капель на стенку трубы при давлении, близком к атмосферному, исследовалось на стенде, схема которого показана на рис. 2. Горизонтальная труба с внутренним диаметром 94 мм, являющаяся частью всасывающего трубопровода поршневого компрессора 2М10-11/42-60, имеет узел для ввода форсунки 3 и специальные пленкосниматели 2, которыми труба разбита на пять контрольных участков 1 суммарной длиной 2 м. Расстояние между форсункой и пленкоснимателями, являющимися границей соответствующего контрольного участка, показано на рис. 2. Каждый пленкосниматель соединен с прозрачным мерным сосудом 4, в качестве которого использовался корпус ротаметра. При измерении объема капель, осевших на каждом контрольном участке, верхние вентили 5 были закрыты, а нижние вентили 6 - открыты. При отключении мерного сосуда от пленкоснимателя путем перекрытия верхнего вентиля жидкость с поверхности этого контрольного участка может перетекать на следующий участок и улавливаться соответствующим плен-коснимателем. При работе компрессора в трубопроводе организовывался поток со скоростью 13 м/с. Измерение расхода воздуха по трубе производилось

Выход газа Gas discharge

10

fr-.

I i П

500

500

250

250

Вход газа fj Gas inlet

Рис. 2. Схема стенда для исследования осаждения впрыскиваемой жидкости при низком давлении:

1 - контрольный участок; 2 - пленкосниматели; 3 - форсунка (центробежная или газожидкостная), 4 - мерный сосуд; 5, 6 - вентили; 7 - измерительная диафрагма; 8 - дифманометр; 9 - сливной коллектор; 10 - емкость

Fig. 2. Scheme of the stand for the exploration of injected liquid sedimentation at low pressure: 1 - control area; 2 - liquid film strippers; 3 - nozzle (centrifugal or gas liquid); 4 - measuring vessel; 5, 6 - valves; 7 - measurement diaphragm; 8 - differential-pressure gage; 9 - unloading manifold; 10 - chamber

100

80

% 60 of

40

20

/ 2 г

г / --7 -----

г"

' ✓ 1 / II II Чх

II II II II 11

II II II II и

0,5

1,0 L, м (m)

1,5

2,0

Рис. 3. Экспериментальные (сплошные) и расчетные (пунктирные) кривые изменения доли впрыскиваемой жидкости, выпавшей в пленку, по длине трубопровода: 1 - dc = 0,4 мм, йР = 1,5 МПа; 2 - dc = 0,5 мм, йР = 3,5 МПа;

Fig. 3. Experimental (solid) and calculated (dashed) curves of the percentage changes of injected liquid that has dropped into the fluid film along the length of the pipeline: 1 - d = 0,4 mm, йР = 1,5 MPa; 2 - d = 0,5 mm, йР = 3,5 MPa

74

№ 3 март 2018 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

PIPELINES OPERATION AND MAINTENANCE

с помощью диафрагмы 7 и водяного дифманометра 8.

В эксперименте применялись разработанные авторами экспериментальные центробежные форсунки тангенциального типа, имеющие один распылитель с диаметром сопла 0,4; 0,5; 0,6 и 0,8 мм. Основные результаты по определению доли впрыскиваемой жидкости, осаждающейся на поверхность трубопровода при работе форсунки, приведены на рис. 3, 4. Испытания показали, что при всех исследованных форсунках и режимах впрыска около половины и даже более половины всей распыливаемой жидкости осаждается на стенку на расстоянии до 0,25 м от форсунки. Далее интенсивность образования пленки резко снижается.

Сравнение экспериментальных и расчетных кривых доли впрыскиваемой жидкости, выпавшей в пленку в при-форсуночной зоне (на расстоянии до 0,25 м) показывает (рис. 3), что расчет траекторий движения капель по модели движения одиночных капель дает несколько завышенное инерционное осаждение при низком давлении газа в

газопроводе, но различие составляет не более 8 %. Продолжающийся постепенный прирост доли выпадающей в пленку жидкости на участке после прифорсу-ночной зоны свидетельствует о том,что осаждение капель на большем удалении происходит уже не по инерционному, а по гравитационному и турбулентно-миграционному механизмам [6]. Как и ожидалось, при увеличении диаметра сопла в пленку переходит ббльшая доля впрыскиваемой воды при одном и том же перепаде давления (рис. 4). Происходит это потому, что при большем диаметре сопла размер производимых капель больше, тормозятся о газовую среду они медленнее, следовательно, дальше улетают от оси трубопровода и быстрее достигают стенки трубы. По этой причине применение форсунки с диаметром сопла 0,8 мм и более в трубопроводах малого диаметра представляется нецелесообразным. При увеличении перепада давления на центробежной форсунке доля впрыскиваемой жидкости, осевшей на стенку, уменьшается (рис. 4). Таким образом, хотя начальная скорость капель выше

при большем перепаде давления, происходящее при этом уменьшение размеров капель в факеле оказывает большее влияние на процесс осаждения. В связи с этим при увеличении перепада давления на центробежной форсунке объем жидкости, находящейся в капельном состоянии в каждом сечении трубопровода, увеличивается не пропорционально квадратному корню из перепада давления, как это следует из известного уравнения расхода, а в несколько большей степени.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА НА РАЗМЕРЫ ФАКЕЛА ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ФОРСУНКИ

Данное исследование производили на основании эксперимента на стенде, схема которого показана на рис. 5. Стенд содержит распылительную камеру 1, изготовленную из трубы с внутренним диаметром 75 мм длиной 0,6 м. В днище камеры ввернута центробежная форсунка 2, распылитель которой расположен на оси камеры. В нижнюю часть камеры из баллона через редуктор 3

18 апреля

Отель Холидей Инн Лесная

масса

топливо и энергия

КОНГРЕСС И ВЫСТАВКА • 18 АПРЕЛЯ 2018 • МОСКВА

Темы конгресса:

• Состояние отрасли: развитие технологий и рынка первого и второго поколения биотоплив

• Биозаводы (Ыогелпегу): компоновка, производимые продукты, экономика, капитальные вложения

• Гранты и другие финансовые возможности для разработки технологий биотоплива

• Конверсия заводов пищевого спирта на производство биотоплива

• Целлюлозный биобутанол: технологии производства и возможность коммерциализации

• Топливный биоэтанол, бутанол и другие транспортные биотоплива

• Пиролиз и газификация: бионефть и сингаз

• Биодизель и биокеросин. Биотоплива для авиации

• Твердые биотоплива: пеллеты и брикеты

• Дряие допросы биотопливной <отрасли

1 к

Тел: +7(495)585-5167 congress@biotoplivo.ru www.biotoplivo.com

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ТРУБОПРОВОДОВ

100

80

tn

60

40

20

0,5

1,0 L, м (т)

1,5

Z 1

\2_

ДР = 1,5 МПа(МРа) ДР = 3,5 МПа(МРа) ДР = 1,5 МПа(МРа) ДР = 3,5 МПа(МРа)

2,0

Рис. 4. Экспериментальные кривые изменения доли впрыскиваемой жидкости, выпавшей в пленку, по длине трубопровода в зависимости от перепада давления и диаметра сопла dc: 1 - dc = 0,5 мм; 2 - dc = 0,4 мм

Fig. 4. Experimental (solid) and calculated (dashed) curves of the percentage changes of injected liquid that has dropped into the fluid film along the length of the pipeline: depending on the injection-pressure drop and nozzle diameter dc 1 - d = 0,5 mm; 2 - d = 0,4 mm

Рис. 5. Схема стенда для исследования влияния давления газа на осаждение капель:

I - распылительная камера; 2 - форсунка; 3,12 - редукторы; 4, 5,13,16 - регулируемые вентили; 6 - участок измерения расхода; 7 - диафрагма; 8, 9,15 - манометры; 10 - дифманометр;

II - сосуд; 14 - фильтр; 17 - мерная емкость; 18,19 - краны

Fig. 5. Scheme of the stand for the research of the gas pressure effect on the sedimentation of droplets:

1 - spray chamber; 2 - nozzle; 3,12 - reducers; 4, 5,13,16 - regulated valves; 6 - flow measurement area; 7 - diaphragm; 8, 9,15 - manometers; 10 - differential-pressure gage; 11 - vessel; 14 - filter; 17 - measuring tank; 18,19 - valves

подается сжатый воздух, который выходит через отверстие в верхнем днище. Скорость и давление создаваемого потока воздуха регулируются с помощью редуктора 3 и вентилей 4 и 5. После выхода из распылительной камеры воздух проходит участок измерения расхода 6 с диафрагмой 7 и стравливается в атмосферу. Жидкость на форсунку подавалась через фильтр 14 из нижней части сосуда 11, давление в котором создавалось баллоном со сжатым воздухом и регулировалось редуктором 12. Стенд позволяет создавать перепад давления на форсунке до 8 МПа. Во время работы форсунки наиболее крупные капли достигают поверхности распылительной камеры и осаждаются на ней. Эта часть впрыскиваемой жидкости стекает по поверхности камеры и собирается в нижней ее части, а другая часть в виде аэрозольных капель (испарением можно пренебречь) выходит с воздухом через отверстие в верхней части камеры. Собранная жидкость из нижней части камеры периодически сливается в мерную емкость. При исследованиях была применена центробежная форсунка тонкого распыла с одним распылителем, имеющим сопло диаметром 0,4 мм, два входных тангенциальных канала диаметром 0,3 мм и плечо закручивания 0,95 мм. Результаты измерений приведены в таблице. Как видно из представленных данных, с увеличением перепада давления на форсунке в три раза (с 2,0 до 6,0 МПа) доля жидкости, осевшей на поверхности распыливающей камеры, благодаря уменьшению размеров образующихся капель уменьшается с 87,5 до 56,3 %. При этом доля жидкости, находящейся трубе в распыленном состоянии, возрастает в 3,5 раза (с 12,5 до 43,7 %). Увеличение давления газа в распыливающей камере с 0,1 до 4,0 МПа (т. е. в 40 раз) при довольно высоком качестве распыла (при перепаде давления на форсунке 4,0 МПа) приводит к уменьшению доли осевшей жидкости примерно в два раза, при этом доля впрыскиваемой жидкости, уносимой из прифорсуноч-ной зоны в виде аэрозольных частиц, увеличивается в 2,7 раза. Следует отметить, что расчеты по модели инерционного осаждения одиночной

76

№ 3 март 2018 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

при участии

при поддержке

NSV

и Газовов S Общества

F

Gas

Petersburg Forum

VIII ПЕТЕРБУРГСКИЙ М ЕЖДУ НАРОД Н Ы Й ГАЗОВЫЙ ФОРУМ

L

ПРИЗНАННАЯ ПЛОЩАДКА ДЛЯ ДИСКУССИИ О РАЗВИТИИ МИРОВОЙ ГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

j

генеральный партнер

'ГАЗПРОМ

генеральный спонсор

БАНК РОССИЯ

генеральный информационный

партнёр конгрессной программы

"ИДЯ

партнёры

uni per

(^ГАЗПРОМ

еП

ТРУБНАЯ

РГАЛУРГИТЕСРЛ

EüMffi

0

ОБЪЕДИНЕННАЯ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ

КОМПАНИЯ

gas-forum.ru

КОНГРЕССНО-ВЫСГАВОЧНЫИ ЦЕНТР

экспофорум +7 (812) 240 40 40

(доб. 2168,2122) gf@expoforum.ni

ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ТРУБОПРОВОДОВ

капли показывают гораздо более существенное влияние давления газа на выпадение капель в пленку. Так, например, при давлении воздуха 4 МПа и перепаде давления на форсунке 4 МПа расчетный диаметр факела не превышает 60 мм, т. е. по расчету осаждения в трубе диаметром 75 мм на этом режиме не происходит.

Сравнение результатов, полученных на режиме 2 (перепад давления 4 МПа), с данными, полученными на стенде низкого давления при схожем режиме (рис. 4, кривая 2, перепад давления 3,5 МПа), позволяет сделать вывод, что уменьшение диаметра трубы с 94 до 75 мм, т. е. на 25 %, приводит к повышению интенсивности осаждения в при-форсуночной зоне более чем на 50 %.

Параметры режимов и результаты испытаний на стенде высокого давления

Mode parameters and test results at a high-pressure bench

Параметр Parameter Номер режима Mode number

1 2 3 4

Давление газа, МПа Gas pressure, MPa 0,1 0,1 0,1 4,0

Давление жидкости, МПа Liquid pressure, MPa 2,1 4,1 6,1 8,0

Перепад давления на форсунке, МПа Injection-pressure drop, MPa 2,0 4,0 6,0 4,0

Расход впрыскиваемой жидкости, мл/мин Injected liquid consumption, ml/min 120 146 240 150

Объем жидкости, осевшей на поверхности, мл/мин Volume of liquid dropped on the surface, ml/min 105 112 135 56

Доля впрыснутой жидкости, выпавшей в пленку, % Proportion of injected liquid dropped into the fluid fi1m,% 87,5 76,7 56,3 37,3

Доля жидкости в виде аэрозольных капель, % Proportion of liquid in the form of aerosol droplets, % 12,5 23,3 43,7 62,7

ВЫВОДЫ

Экспериментальные исследования показали, что инерционное осаждение капель в прифорсуночной зоне трубопроводов малого диаметра ^ 100 и менее) протекает весьма интенсивно. Уменьшить интенсивность инерционного осаждения капель можно за счет увеличения диаметра трубы, уменьшения диаметра сопла, увеличения перепада

давления на форсунке и повышения давления газа в газопроводе. Применение форсунок с диаметром сопла 0,8 мм и более в трубопроводах малого диаметра нецелесообразно. Однако даже при работе форсунки тонкого распыла (с соплом диаметром 0,4 мм)в трубопроводе малого диаметра на стенку может выпадать более

половины всей впрыскиваемой жидкости. Во избежание инерционного осаждения капель следует предусмотреть в точке впрыска локальное увеличение диаметра газопровода до уровня не менее DN 150, а за счет геометрии распылителя форсунки и перепада давления на ней обеспечить высокое качество распыливания жидкости.

Литература:

1. Саркисян Л.М., Черников Е.И., Бузинов С.Н. и др. Применение процесса распыления ингибитора гидратообразования на установках НТС // Газовая промышленность. 1973. № 6. С. 16-18.

2. Ходырев А.И., Муленко В.В. Аэрозольное нанесение ингибиторной пленки в газопроводах малого диаметра // Газовая промышленность. 1995. № 11. С. 18-19.

3. Арнольди И.М., Бондарь А.Д., Гусейнов Ч.С. Исследование кинетики перехода метанола в газовую фазу // Тр. УкрНИИгаза. 1971. Вып. 6 (11). С. 178-184.

4. Вырубов Д.Н. Процессы смесеобразования // Камеры сгорания авиационных газотурбинных двигателей / Под ред. Б.П. Лебедева. М.: Машиностроение, 1957. С. 155-177.

5. Ходырев А.И. Методика расчета параметров центробежных форсунок нефтегазопромысловых объектов // Нефть, газ и бизнес. 2005. № 6. С. 57-60.

6. Медников Е.П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей. М.: Наука, 1981. 176 с.

7. Ходырев А.И. Математическая модель формирования защитной пленки при впрыске ингибиторного раствора в газопровод // Изв. вузов. Нефть и газ. 2005. № 4. С. 52-58.

References:

1. Sarkisyan L.M., Chernikov E.I., Buzinov S.N., et al. Application of the Atomization Process of the Hydrate Inhibitor on Low-Temperature Separation Plants. Gazovaya promyshlennost' = Gas Industry, 1973, No. 6, P. 16-18. (In Russian)

2. Khodyrev A.I., Mulenko V.V. Aerosol Application of an Inhibitory Film in Small-Diameter Gas Pipelines. Gazovaya promyshlennost' = Gas Industry, 1995, No. 11, P. 18-19. (In Russian)

3. Arnoldi I.M., Bondar A.D., Guseinov Ch.S. Research of the Kinetics of the Transition of Methanol to the Gas Phase. Trudy UkrNIIgaza = Proceedings of the Ukranian Gas Research Institute, 1971, No. 6 (11), P. 178-184. (In Russian)

4. Vyrubov D.N. Mixture Formation Processes. In collected works "Combustion chambers of aviation gas turbine engines". Ed. B.P. Lebedev. Moscow, Mashinostroenie, 1957, P. 155-177. (In Russian)

5. Khodyrev A.I. A Method for Calculating the Parameters of Centrifugal Injectors for Oil and Gas Facilities. Neft', gaz i biznes = Oil, Gas and Business, 2005, No. 6, P. 57-60. (In Russian)

6. Mednikov E.P. Turbulent Transport and Deposition of Aerosols. Moscow, Nauka, 1981, 176 p. (In Russian)

7. Khodyrev A.I. A Mathematical Model for the Formation of a Protective Film in the Injection of an Inhibitory Solution into a Gas Pipeline. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft' i gaz = Higher Educational Institutions News. Oil and Gas, 2005, No. 4, P. 52-58. (In Russian)

78

№ 3 март 2018 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.