Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблем гидратообразования и решения этой задачи 9
1.1 Условия образования, состав и структура гидратов 9
1.1.1 Области образования гидратов 10
1.1.2 Методы предупреждение гидратообразования 12
1.2 Использование метанола в качестве ингибитора гидратообразования 14
1.3 Существующие устройства для ввода ингибитора в трубопровод 17
1.4 Предлагаемый способ и устройство ввода ингибитора в зону гидратообразования 20
1.5 Основные свойства и закономерности струйных течений 22
1.5.1 Анализ струйных течений в эжекционных устройствах 22
1.6 Основные зависимости для расчета технологических и
геометрических параметров предлагаемого 29
1.6.1 Основные задачи при расчетах струйных аппаратов 32
1.7 Выводы 41
2 Математическое описание процесса работы эжекционного струйного аппарата 43
2.1 Теоретический анализ процесса эжектирования низконапорной среды высоконапорной 43
2.1.1 Эффективность процесса эжектирования 45
2.1.2 Определение количества отделившейся высоконапорной струи 46
2.1.3 Определение напорных свойств 48
2.2 Вывод 51
2.3 Основная концепция методики расчета и конструирования эжекционных струйных аппаратов 52
2.3.1 Расчет односоплового эжектора 52
2.3.2 Расчет многосоплового эжектора 56
2.4 Выводы 59
3 Экспериментальные исследования процесса эжектирования жидкости газом в струйных 60
3.1 Конструкции экспериментальных газо - жидкостных эжекционных струйных аппаратов 60
3.2 Описание и принцип действия экспериментальной установки 62
3.3 Методика проведения экспериментальных исследований 64
3.3.1 Условия проведения эксперимента 64
3.3.2 Экспериментальное определение характеристик процесса эжектирования в односопловых жидкостно-газовых эжекторах 66
3.3.3 Характеристики процесса эжектирования жидкости газом в многосопловых струйных аппаратах 71
3.4 Графоаналитическая обработка результатов экспериментальных исследований 78
3.5 Сравнение эффективности эжекционного струйного аппарата по сравнению с традиционными устройствами ввода ингибитора 83
3.5.1 Условия проведения эксперимента 83
3.5.2 Анализ экспериментальных данных 84
3.5.3 Определение области и технологии применения 87
3.6 Методика расчетов технологических характеристик и конструкций газо - жидкостных эжекторов при их проектировании 88
3.6.1 Расчет параметров технологических характеристик газо -жидкостного эжектора 88
3.6.2 Расчет основных размеров конструкции газо - жидкостнго эжектора 92
3.7 Выводы 95
4 Практическая реализация результатов исследования 96
4.1 Теоретические основы расчета распределения температур в газосборной сети и сопротивлений при подаче метанола 96
4.1.1 Расчет распределения температуры в узловых точках сети 97
4.2 Реализация алгоритма расчета в виде программы 101
4.2.1 Расчет температурных параметров и сопротивления
газосборной сети 104
4.3 Программа управления подачей метанола 111
Выводы и рекомендации 119
Список используемых источников
- Методы предупреждение гидратообразования
- Определение количества отделившейся высоконапорной струи
- Методика проведения экспериментальных исследований
- Реализация алгоритма расчета в виде программы
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из серьезных проблем при эксплуатации промысловых газопроводов, а также оборудования для подготовки газа к транспорту в зимнее время года, особенно в северных регионах, является гидратообразование. Известно, что образования гидратов приводит к значительному увеличению гидравлического сопротивления и снижению пропускной способности трубопроводов вплоть до полного закупоривания, что, в свою очередь, нередко способствует возникновению аварийных и опасных ситуаций. Поэтому периодически или постоянно необходимо вводить в трубопровод ингибитор (обычно метанол) для предотвращения образования гидратов и ликвидации гидратных пробок. Однако ввод ингибитора должен быть строго дозирован, т.к. его переизбыток может привести к заполнению нижней части трубопровода метанолом, что затрудняет его эксплуатацию вследствие образования уже метаноловых пробок. Кроме того, переизбыток метанола может привести к выходу из строя оборудования перекачки и регулирования потока газа и, особенно, контрольно-измерительных приборов. Поэтому задача оптимизации системы ввода ингибитора в промысловые газопроводы на сегодняшней день весьма актуальна.
Непосредственно само устройство для ввода ингибитора в трубопровод является последним, но весьма важным звеном довольно сложных систем впрыска ингибитора, и от эффективности его работы во многом зависит бесперебойная и безаварийная эксплуатация промысловых трубопроводов и технологического оборудования. На сегодняшний день существующие устройства для дозированного впрыска метанола обладают рядом недостатков, таких как: недостаточная контактная поверхность потока газа и вводимого ингибитора, передозировка, требования дополнительных энергозатрат, значительная металлоемкость оборудования.
Поэтому создание более надежного и эффективного устройства ввода ингибитора для предотвращения гидратообразования в промысловые газопроводы и технологическое оборудование подготовки газа к транспорту является весьма актуальной задачей.
Цель работы:
Совершенствование средств обеспечения безаварийной работы систем промыслового сбора и подготовки газа путем разработки эффективного эжекционного струйного аппарата для дозированного ввода метанола в промысловые газопроводы и технологическое оборудование с целью ликвидации и предотвращения возникновения гидратообразований.
Основные задачи исследования:
-
На основании анализа существующих принципов функционирования эжекционных струйных аппаратов выявить оптимальную компоновку и конструктивные размеры элементов этих устройств, предназначенных для использования в системах дозированного впрыска метанола как непосредственно на промыслах, так и в составе установок подготовки газа.
-
Теоретически обосновать зависимость эффективности процесса эжекции от давления и скорости потока газа; поперечного сечения, конусности конфузора-диффузора и длины камеры смешения эжекционного аппарата.
-
Разработать экспериментальную лабораторную установку, моделирующую гидрогазодинамические условия в эжекционных струйных аппаратах.
-
На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработать конструкцию эжекционного струйного аппарата, обеспечивающего повышенную эффективность ввода ингибитора по сравнению с существующими традиционными методами.
-
Провести экспериментальные исследования эффективности работы разработанного устройства с целью подтверждения теоретически обоснованных зависимостей и сравнении его с существующими.
-
Разработать алгоритм расчета эжекционного устройства для дозированного впрыска метанола в промысловые газопроводы и технологическое оборудование УКПГ.
-
Разработать теоретические основы расчета распределения температур в газосборной сети и сопротивлений при подаче метанола и на их основе программного обеспечения для систем автоматической дозированной подачи метанола.
Научная новизна
1. На базе теоретических и экспериментальных исследований научно обоснованы гидрогазодинамические характеристики работы односопловых струйных эжекционных аппаратов для ввода ингибитора в промысловый газопровод.
2. Предложен способ ввода метанола в трубопровод с помощью эжекционных струйных аппаратов, в котором реализованы полученные экспериментальным путем данные по эффективности процесса захвате высоконапорной среды газа низконапорной средой метанола.
3. Разработаны теоретические основы расчета распределения температур в газосборной сети и сопротивлений при подаче метанола
Методы исследований
В исследованиях использовались методы планирования экспериментов, практические методы экспериментального исследования, методы системного анализа, математического моделирования процессов эжектирования, адекватно отражающий структуру эжекционной турбулентной струи и процессов эжектирования в исследуемом струйном аппарате, теоретические основы гидрогазодинамики течения флюидов и поисковые методы оптимального проектирования.
Личный вклад соискателя
Все экспериментальные работы, аналитические зависимости, вошедшие в диссертацию, их анализ и выводы получены и доказаны лично автором. В работах, опубликованных в соавторстве, автор принимал участие в постановке задачи исследования, получении и обработке теоретических и экспериментальных результатов, обобщении опытных данных и разработке программного обеспечения.
Практическая ценность работы
1.Внедрение в производство разработанного автором эжекционного струйного аппарата позволит:
- решить проблему гидратообразования в промысловых газопроводах и на установках комплексной подготовки газа путем установки разработанного устройства ввода;
- повысить степень энергосбережения на промыслах, за счет снижения затрат на подачу ингибитора насосами дозаторами и использования энергии давления газа;
- снизить расход ингибитора благодаря высокой степени дисперсности вводимого ингибитора.
2. Разработанная методика расчета струйного аппарата может быть использована для систем эжекционного впрыска метанола как на вновь проектируемом, так и на уже эксплуатируемом промысловом газопроводе.
3. Доказано, что разработанный аппарат и способ ввода ингибитора в промысловый газопровод более эффективен по сравнению с традиционными методами, что подтверждается соответствующим заключением о внедрении.
4. Разработано программное обеспечение расчета распределения температур в газосборной сети и сопротивлений при подаче метанола для систем автоматической дозированной подачи метанола.
5. Издана монография (в соавторстве) «Проектирование газонефтепроводов» для студентов специалистов, бакалавров, магистров и аспирантов, обучающихся по направлению 131000 «Нефтегазовое дело».
Основные защищаемые положения
1. Методика расчета и конструирования эжекционных струйных аппаратов для дозированного ввода метанола в трубопровод.
2. Способ и устройство дозированного ввода ингибитора для борьбы с гидратообразованием в системах промыслового сбора и подготовки газа на промыслах.
3. Теоретические основы расчета распределения температур в газосборной сети и сопротивлений при подаче метанола
4. Программное обеспечение расчета распределения температур в газосборной сети и сопротивлений при подаче метанола для систем автоматической дозированной подачи метанола
Апробация результатов работы
Результаты диссертационной работы и ее основные положения докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Сбор, подготовка и транспортировка углеводородов 2012» (г.Сочи, 2012 г.), научно-технической конференции молодых специалистов ООО «РН-Краснодарнефтегаз» (г. Краснодар – 2009, 2010 гг.), научно-технических советах ООО «Газпром – Трансгаз - Кубань» и научно -практических семинарах кафедр «Оборудования нефтяных и газовых промыслов», «Нефтегазового промысла» ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» (2009-2011 гг.).
Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 10 печатных работах, в том числе 5-ти статях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 патентах на изобретение и 3-х патентах на полезные модели.
Объем и структура работы
Диссертационная работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 45 рисунков. Состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 156 наименований и двух приложений.
Методы предупреждение гидратообразования
В газопроводе могут образовываться одна или несколько гидратных пробок. Вследствие охлаждения газожидкостного потока гидратообразование, как технологическое осложнение, оказывается значительно более распространенным в промысловых системах сбора, чем в стволах скважин.
Следует отметить что, образование гидратов в стволе наблюдается как в газовых, так и в нефтяных скважинах, и характерно при освоении и исследовании скважин, а также остановках по технологическим причинам и в период пуска. Наиболее часто гидратообразование имеет место при освоении и исследовании газовых скважин на северных месторождениях. Это связано с низкими температурами на устье скважин из-за сравнительно медленного прогрева ствола скважины и варьирования дебетов в широком диапазоне.
Предупреждение любого возникновения гидратов требует меньше затрат, чем ликвидация результатов возникшего осложнения.
Для борьбы с гидратами разработан ряд методов, показанных на рисунке 1.4, в том числе и методы, использующие химические реагенты - ингибиторы гидратообразования [2,3].
Тепловые методы основаны на повышении температуры в стволе скважины (в месте начала гидратообразования) на запорнорегулирующей арматуре или трубопроводах систем сбора выше критической и поддержании ее в течение длительного времени.
Известны несколько способов решения этой проблемы. Например, для газовых скважин можно установлением количества отбора газа добиться такого режима, когда температура на устье станет несколько выше его температуры в области призабойной зоны. Увеличение дебита до определенного предела ведет к сокращению времени пребывания газа в стволе скважины и уменьшению его теплоотдачи. Однако таким условиям удовлетворяет определенный режим, так как дальнейшее увеличение дебита ведет к снижению температуры за счет дроссель-эффекта. Методы борьбы
Однако поддерживать постоянно необходимую температуру по данной технологии сложно: здесь речь может идти о периодическом воздействии. Существуют также технологии, предусматривающие периодическую прокачку теплоносителя через скважину агрегатами депарафинизации. На практике тепловые методы получили применение для борьбы с гидратообразованием в газопроводах путем подогрева газа устьевыми подогревателями и использования теплоизолированных труб. Химические методы включают технологию подачи в скважину ингибиторов различного типа. Ингибиторы гидратообразования подразделяются на три класса [2,7]: - традиционные термодинамические ингибиторы - вещества, растворимые в воде, меняющие ее активность и, как следствие, смещающие трехфазное равновесие газ - водная фаза - газовые гидраты в сторону более низких температур (алифатические спирты, гликоли, водные растворы неорганических солей); кинетические ингибиторы гидратообразования, прекращающие на время процесс образования гидратов (потенциальная замена термодинамическим ингибиторам); реагенты, практически предотвращающие (или резко замедляющие) отложение гидратов за счет частичной блокировки жидкой водной фазы, предотвращают прямой контакт газ - вода, обеспечивая тем самым многофазный транспорт продукции скважин в режиме гидратообразования. В настоящее время на действующих месторождениях Крайнего Севера России в качестве ингибитора гидратообразования используется практически только метанол. Метанол - широко распространенный антигидратный реагент, используемый как для предупреждения гидратообразования, так и для ликвидации возникающих по каким-либо причинам гидратных отложений (несплошных гидратных пробок).
Основным методом борьбы с гидратообразованием, как было сказано выше, в газовой промышленности является ввод ингибитора - метанола, то есть закачка его в зону гидратообразования[2,7].
Повсеместное использование метанола в качестве ингибитора гидратообразования на газодобывающих предприятиях России обусловлено следующими причинами: - относительно низкой стоимостью (по сравнению с другими ингибиторами гидратообразования), широко развитой промышленной базой. Производство метанола может быть развернуто непосредственно в местах потребления -газовых промыслах; высокой технологичностью процесса ввода и распределения метанола в требуемые участки технологической цепочки. Отпадает необходимость в блоке приготовления реагента, что, например, является характерной особенностью применения ингибиторов неэлектролитов; наивысшей среди известных ингибиторов антигидратной активностью, сохраняющейся даже при низких температурах; очень низкой температурой замерзания концентрированных растворов метанола и исключительно малой их вязкостью даже при температурах ниже -50 С; сравнительно малой растворимостью метанола в нестабильном конденсате, особенно при контакте нестабильного газового конденсата с отработанным (насыщенным) водным раствором метанола, концентрацией менее 50 масс. %; некоррозионностью метанола и его водных растворов; наличием достаточно простых технологических схем регенерации отработанных растворов; принципиальной проработанностью в настоящее время вопросов утилизации и захоронения промышленных стоков, содержащих метанол, в связи с постоянно возрастающими требованиями к охране окружающей среды; высокой эффективностью реагента не только для предупреждения гидратообразования, но и при ликвидации возникающих при нарушениях технологического режима несплошных гидратных пробок (отложений) в промысловых коммуникациях (скважинах, шлейфах, коллекторах, АВО, теплообменном оборудовании) [2].
Взамен чистого метанола практически с той же антигидратной эффективностью можно использовать технические сорта, а также его водные рас творы. Метанол используется также для ликвидации несплошных гидратных пробок[20].
Удельные расходные показатели потребления метанола в качестве ингибитора гидратообразования непосредственно зависят от состава добываемого природного газа, от способа ввода и количества вводимого ингибитора, а также от технологии подготовки газа транспорту.
Однако использование ингибиторов на основе метанола имеет ряд серьезных недостатков, к которым прежде всего относятся: очень высокая токсичность (как при действии паров, так и при попадании на кожные покровы и внутрь организма), а также высокая пожароопасность; возможность выпадения солей при смешивании с сильно минерализованной пластовой водой и, как следствие, солеотложения в промысловых коммуникациях; эффект ускоренного роста кристаллогидратов в присутствии разбавленных водных растворов метанола недостаточной концентрации для предупреждения гидратов; - высокая упругость паров метанола (нормальная температура кипения 65С), связанная с этим его очень высокая растворимость в сжатом природном газе и, соответственно, повышенный удельный расход метанола.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что совершенствование систем ввода метанола и непосредственно устройств, обеспечивающих оптимальный и наиболее эффективный расход реагента, являются на сегодняшний день весьма актуальной проблемой.
Определение количества отделившейся высоконапорной струи
Для проведения исследований была рассчитана по формулам (2.17 -2.24) с учетом (2.1 - 2.14) и разработана конструкция газожидкостного эжектора (ГЖЭ). Камера смешения струйного аппарата была выполнена составной и набиралась из прозрачных втулок длиной 30, 90, 180 мм. Втулки имели цилиндрические отверстия диаметром 23 и 27 мм. Кроме того, была изготовлена переходная втулка-конфузор, имеющий угол конусности 2. Большее отверстие данной втулки имело диаметр 27 мм, а меньшее - 23 мм. Из прозрачного плексигласа был изготовлен диффузор, имеющий конусное отверстие с углом расширения 6. Диффузор был изготовлен из двух частей с возможностью подсоединений к втулкам диаметром 23 и 27 мм. Отверстие выхода диффузора равнялось 40 мм. При выборе углов сужения конфузора и расширения диффузора использовали результаты исследований описанных в первой главе. Используя втулки с отверстиями 23 и 27 мм, собирали односопловые эжекторы (рисунок 2.4а), имеющие цилиндрические камеры смешения длиной от 180 до 1680 мм. Используя втулки с отверстиями 27 и 23 мм, а также конфузор, собирали многосопловый эжектор, имеющий конфигурацию проточной части, показанную на рисунке 2.46. Причем, длину цилиндрической камеры смешения в данной конструкции можно было изменять от 180 до 1680 мм, а длину горловины от 30 до 1500 мм. - сопло; 2 - камера смешения; 3 - диффузор; Рв - давление нагнетания газа; Рн - давление эжектируемой жидкости; Р - давление на выходе эжектора
Экспериментальные эжекторы имели сменные сопла коноидального профиля по типу на рисунке 1.16. Сопла выполнялись с одним и семью отверстиями. Сопла с одним отверстием имели диаметр выхода 10,0; 10,5; 11,0; 11,5; 12,0; 12,5 мм. Сопла с семью отверстиями выполнялись на основе результатов экспериментальных исследований односопловых аппаратов, приведенных ниже. Единичные диаметры сопел с семью отверстиями были равны 3,4 и 3,8 мм. Диаметры семи отверстий были рассчитаны из выражения (2.20), а число отверстий и их расположение было выбрано, исходя из усло вий максимального заполнения пространства камеры смешения струями, т.е. из условия того, чтобы коэффициент неравномерности заполнения К0, восстановления давления гр, полезного действия 0 из выражения (2.20) был максимальным. Как следует из теоретических исследований, максимальное значение коэффициента 0 равно 0,78 для сопла с семью отверстиями.
Разработанная автором экспериментальная установка для испытания струйных эжекционных аппаратов должна обеспечить, при всех возможных изменениях функциональных и геометрических параметров, адекватные результаты в получении качественных характеристик анализируемого процесса. Принципиальная схема экспериментальной установки представлена на рисунке 3.2.
Регулирование количества и давления газа при подаче его в эжектор производят вентилями, установленными на нагнетательном трубопроводе. Количество и давление подаваемой жидкости в эжектор регулируется вентилем, установленным на патрубке входа жидкости в эжектор. Давление газожидкостной смеси на выходе из эжектора регулируется вентилем, установленном на трубопроводе, к которому подсоединен диффузор эжектора. Расходы жидкости и газа, поступающих в эжектор, измеряются с помощью диафрагм и дифференциальных манометров, выполненных и установленных по правилам измерения расходов газа и жидкости стандартными устройствами. Все величины давлений и вакуума измерялись с помощью образцовых манометров и вакуумметров. 8 1 - компрессор; 2 - регулировочный вентиль подачи высоконапорного газа в эжектор; 3 - манометр для измерения давления высоконапорного газа, подаваемого в эжектор; 4 - исследуемый эжектор; 5 - регулировочный вентиль подачи низконапорной жидкости в эжектор; 6 - вакуумметр; 7 - моновакуумметр; 8 - места измерения статического давления по длине проточной части эжектора (через 10 мм); 9 - манометр для измерения давления газожидкостной смеси; 10 - регулировочный вентиль, 11,12- расходомеры.
При проведении эксперимента атмосферный воздух подавался воздуходувкой в смесительную камеру, где смешивался с каплями модельной жидкости, генерируемыми распылительными устройствами (эжектор, форсунка, капельница), образуя газокапельный дисперсный поток. Дисперсность потока определялась размерами капель жидкости генерируемых различными распылительными устройствами. Далее, полученный газожидкостный поток (средний размером капель 5 -20 мкм, 120-180лши и 300-500лши) поступал на экспериментальный участок. Экспериментальный участок представляет собой трубу из органического стекла, состоящую из четырех участков LxD = 1000х 50, соединенных жесткой связью, в каждый из которых установлена предварительно взвешенная «гильза» из фильтровальной бумаги, на которой и происходит его осаждение. Геометрический размер экспериментального участка был выбран, исходя из условий обеспечения модельной скорости дисперсного потока, а также конструктивных особенностей оборудования, в котором может быть применено исследуемое распылительное устройство.
Расход воздуха для проведения экспериментов, выбирался с учетом критерия гидродинамического подобия, на основе того, что скорость газа движущегося в элементах оборудования и трубопроводах находится в пределах от 10до 24м/с.
Методика проведения экспериментальных исследований
В п. 3.5.2 показано, что эффективность распыления решающим образом зависит от размера капель вырабатывающихся распылительным устройством. Также эффективность обработки поверхности может зависеть от физических свойств жидкости (плотности, вязкости, поверхностного натяжения), подаваемой на распылительное устройство и гидродинамики газового потока [152, 153]. При обработке поверхностей трубопроводов, в которых имеет место движение газа с высокими скоростями (в турбулентных потоках), обработка поверхностей жидкостями, обладающим хорошими смачивающими свойствами (метанол), с применением эжектора не даст преимуществ в эффективности, по сравнению с традиционными методами обработки (форсунка, капельница). Однако, при использовании жидкости с не высокими смачивающими свойствами (гликоли), применение эжектора даст значительные преимущества над стандартными методами обработки.
В местах установки технологического оборудования (сепараторы, теплообменники), где скорость газового потока сильно снижается [154], эжектор имеет значительное преимущество в эффективности перед традиционными методами обработки, вне зависимости от распыляемой жидкости. Например, при загидрачивании внутренних устройств сепараторов наиболее эффективным способом доставки ингибитора гидратообразования является эжектор, обладающий высокими проникающими свойствами, поскольку при подаче грубого аэрозоля большая его часть осядет на ступенях предварительной очистки. В этом случае, эффект от применения эжектора может существенно превысить результаты, полученные в данной работе.
Рациональное конструирование газожидкостных эжекторов сводится к расчету его геометрических размеров, обеспечивающих эжектирование жидкости газом с наибольшим КПД при заданных давлениях высоконапорного газа и низконапорной жидкости. Кроме того, при проектировании эжекторов для систем сбора, подготовки и переработки природного газа с целью эжек-тирования жидкости газом, состоящих из углеводородных смесей, необходимо знать количество жидкой и газовой фаз, образовавшихся на выходе аппарата, их температуры и компонентные составы, которые относятся также к технологической характеристике эжектора.
Исходными данными для расчета параметров технологической характеристики эжектора являются: величины давления и расхода газа Рви GB на входе эжектора; давление жидкости на выходе эжектора Рн» плотности газа Рн и жидкости рв на входе аппарата; температуры жидкости Тв и газа Тн на входе эжектора; углеводородные составы жидкости Х и газа Yt. Порядок расчета следующий.
По формуле (1.2) рассчитывается величина скорости потенциального ядра струи 7Я. Из выражения (2.10) рассчитываем площадь струи на выходе из сопла /во эжектора, а по (2.11) находим радиус струи г0 на выходе из сопла. Если низконапорная жидкость и высоконапорная газ состоят из смесей углеводородов, то параметры технологической характеристики рассчитываются по методике, представленной в приложении А. Результатом расчета по данной методике являются следующие параметры технологической характеристики эжектора: расход газа GH на входе эжектора, температура Т, количество жидкой L и газовой G фаз, образовавшихся на выходе из эжектора, их углеводородные составы X Yi, а также полный напор газожидкостной смеси Р на входе в диффузор аппарата.
Из выражения (2.14) рассчитываем расход низконапорной жидкости GH, а из (2.6), (2.13) и (2.11) - скорость 7Я, плотность рст и полный напор Рст газожидкостной струи в переходном сечении. После чего определяем величину отношения Рсг/Рн- Если она находится в пределах от 10 до 15, то при расчете давления газожидкостной смеси на выходе диффузора Рд из выражения (2.20) учитываем потери энергии в диффузоре коэффициентом Z = 0,63 - 0,75. Если Рсг/Рн = 16 - 24, то = 0,8 - 0,95. После чего рассчитываем из выражения (1.24) коэффициент восстановления давления ф для всего аппарата, а из (2.1) - величину КПД г\ последнего. Таким образом, могут быть рассчитаны все параметры технологической характеристики газожидкостного эжектора, а именно: объемный коэффициент эжекции К0; коэффициент восстановления давления ф; коэффициент полезного действия г); расход эжектируемои жидкости через аппарат; давление газожидкостной смеси на выходе аппарата Рд. Кроме того, если эжектируемая жидкость и эжектирущий её газ состоят из смесей углеводородов, то рассчитаны кроме вышеперечисленного еще: температура Т; количество жидкой L и газовой G фаз на выходе эжектора; их компонентные составы Xi,Yi; f также полный напор газожидкостной смеси Рст перед диффузором струйного аппарата.
Реализация алгоритма расчета в виде программы
Можно отметить, что предложенные алгоритмы, и программы их реализующие, работают быстро и надежно, просты в применении, что позволяет, использовать их либо непосредственно для практических расчетов, либо включить, как составные части, в автоматическую систему управления и контроля при эксплуатации газового месторождения, магистральных газопроводных сетей и технологических трубопроводов компрессорных станций.
В 2011-2012 г. данная программа была использована в АСУ ТП КС «Береговая» для ликвидации гидратов, образовавшихся в период низких температур в технологических трубопроводах. Эжекторное устройство, разработанное автором использовалось непосредственно для впрыска ингибитора, результаты работы устройства отражены в акте внедрения.
Экономический эффект от использования разработанного автором устройства для эжекторного впрыска метанола в трубопровод и программного обеспечения автоматического ввода метанола, по экспертным данным составляет 0,8 млн. руб. в год, данные хранятся на КС «Береговая» и разглашению не подлежат.
В настоящей работе изложены научно-обоснованные разработки направленные на совершенствование средств обеспечения безаварийной работы систем промыслового сбора и подготовки газа путем разработки эффективного эжекционного струйного аппарата для дозированного ввода метанола гидратообразования в промысловые газопроводы и технологическое оборудование с целью ликвидации и предотвращения возникновения гидрато-образований.
На основании теоретических и экспериментальных исследований получены следующие научные и практические результаты:
Предложен способ ввода метанола в трубопровод с помощью эжек-ционных струйных аппаратов, в котором реализованы полученные экспериментальным путем данные по эффективности процесса захвате высоконапорной среды газа низконапорной средой метанола.
На базе теоретических и экспериментальных исследований научно обоснованы гидрогазодинамиические характеристики работы односопловых струйных эжекционных аппаратов для ввода ингибитора в промысловый газопровод.
На основании комплексной методики разработан алгоритм расчета газодинамических и геометрических параметров односоплового эжекционного устройства.
Разработаны теоретические основы расчета распределения температур в газосборной сети и сопротивлений при подаче метанола
На основании предложенных автором теоретических основ разработано программное обеспечение расчета распределения температур в газосборной сети и сопротивлений при подаче метанола для систем автоматической дозированной подачи метанола
Внедрение в производство разработанного автором эжекционного струйного аппарата позволит: - решить проблему гидратообразования в промысловых газопроводах и на установках комплексной подготовки газа путем установки разработанного устройства ввода; - повысить степень энергосбережения на промыслах, за счет снижения затрат на подачу ингибитора насосами дозаторами и использования энергии давления газа; - снизить расход ингибитора благодаря высокой степени дисперсности вводимого ингибитора.
Разработанная методика расчета струйного аппарата может быть использована для систем впрыска метанола с помощью эжектора как на вновь проектируемом, так и на уже эксплуатируемом промысловом газопроводе.
Доказано, что разработанный аппарат и способ ввода ингибитора в промысловый газопровод более эффективен по сравнению с традиционными методами, что подтверждается соответствующим заключением о внедрении.
