Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Подготовка попутного газа нефтедобычи к транспорту с применением трехпоточной вихревой трубы

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Подготовка попутного газа нефтедобычи к транспорту с применением трехпоточной вихревой трубы"

На правах рукописи

ГУСЕВ АЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ

Подготовка попутного газа нефтедобычи к транспорту с применением трёхпоточной вихревой трубы

Специальности: 25.00.17- Разработка и эксплуатация нефтяных и

газовых месторождений 05.02.13- Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая отрасль)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень - 2004

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования « Тюменский государственный нефтегазовый университет» (ТюмГНГУ)

Научный руководитель

■ доктор технических наук, профессор Грачев Сергей Иванович

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Тарасенко Александр Алексеевич -кандидат технических наук, доцент Шешуков Николай Леонтьевич

Ведущая организация

- общество с ограниченной ответственностью «Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий (ООО «ТюменНИИгипрогаз»)

Защита диссертации состоится 20 июля 2004 года в 10 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72.

Автореферат разослан 20 июля 2004 года

Ученый секретарь

диссертационного совета доктор технических наук, профессор

»п-

Овчинников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Процесс добычи нефти, главная цель которого получение товарной нефти для потребителя, заключается в извлечении скважинной продукции, ее транспорта по внутрипромысловым трубопроводам, разделении на нефть, газ и воду и их целесообразное использование. В процессе нефтедобычи в составе скважинной продукции поступает попутный газ, который зачастую сжигают на промыслах, что приводит к необоснованным потерям углеводородного сырья и ущербу экологии всего региона. Известен путь рационального использования нефтяного газа - подача его в магистральный газопровод. Для этого необходима очистка и осушка газа до показателей, соответствующих нормативам газопровода, с применением комплекса сооружений и технологических схем извлечения водяных паров и углеводородных компонентов, способных в условиях трубопровода конденсироваться. Осушку газа производят с помощью жидких (абсорбционный способ), твердых (адсорбционный способ) поглотителей, низкотемпературной сепарации и конденсации. Абсорбенты (гликоли, растворы хлористого кальция и лития), адсорбенты (оксид алюминия, силикагель, цеолиты) регенерируются в комплексах для осуществления десорбционных процессов.

Как показывает практика подготовки попутного газа к транспорту с применением абсорбции, адсорбции, низкотемпературной очистки с помощью холодильных машин и других методов их применение требует значительных капитальных и энергетических затрат. Установлено, что более экономичной является газодинамическая технология, основанная на использовании имеющегося перепада давления (1,3-1,6) МПа в специальных устройствах, таких как: пульсационные охладители газа (ПОГ)> волновые детандеры (ВД), газодинамические осушители (ГДО), вихревые трубы (ВТ). Однако, небольшой перепад давлений попутного газа практически исключает возможность

реализации традиционной схемы

Ь

основанной на эффекте дросселирования. Расширители с более высоким температурным КПД (турбодетандеры, ВД, ПОГ) весьма сложны и ненадежны в эксплуатации. Технология с применением ГДО практически не проработана. Наиболее целесообразна и эффективна технология для осушки нефтяного газа, основанная на вихревом эффекте, которая реализована в других процессах газовой, нефтяной и химической промышленности. Вихревой эффект (эффект Ранка-Хилша), реализуемый в частности в регулируемой трехпоточной вихревой трубе (ТВТ), заключается в температурном разделении газа на холодный и горячий потоки. Наряду с получением холода, ТВТ обеспечивает отделение жидкости непосредственно из закрученного потока, отводимой в виде третьего потока.

Анализ работы систем нефтегазосбора и подготовки показывает, что промысловый процесс осушки газа может существенно отличаться от термодинамически равновесного, причем степень неравновесности обусловлена техническими особенностями сепарационных узлов. При проектировании обустройства нефтяных месторождений и оптимизации работы промыслового оборудования необходима количественная и качественная оценка состояния попутного газа в конце принятого для конкретного месторождения технологического цикла подготовки скважинной продукции. Поэтому решение задачи обеспечения внедрения экологически чистой и эффективной технологии с применением ТВТ возможно путем получения эмпирических данных при экспериментальном моделировании реальных условий осушки углеводородной смеси.

Цель работы

Повышение эффективности технологии подготовки попутного газа к транспорту путем применения и регулирования вихревого эффекта Ранка-Хилша в устройствах низкотемпературной осушки газа.

Основные задачи исследований

1. Выполнение технико-экономического обоснования целесообразности применения вихревой технологии и ТВТ при подготовке попутного газа нефтедобычи к трубопроводному транспорту.

2. Разработка конструкции ТВТ с узлом сепарации, адаптированной к технологическому процессу подготовки скважинной продукции нефтяных месторождений.

3. Аналитическое и экспериментальное изучение термодинамических и сепарационных характеристик вариантов конструкций вихревых труб в различных режимах работы.

4. Экспериментальное исследование термодинамической эффективности промышленного образца ТВТ при осушке попутного газа нефтедобычи.

5. Технико-экономическая оценка полученных результатов, опытно-промышленное внедрение, разработка нормативных документов.

Научная новизна работы

1. На основании экспериментального исследования сепарации попутного газа с применением вихревого эффекта Ранка-Хилша при реализации на разных режимах работы и вариантах исполнения сепарационной части ТВТ установлено, что наилучшие показатели имеет схема с тангенциальными продольными щелями, равномерно расположенными по окружности.

2. Впервые получены экспериментальные данные об особенностях работы трехпоточной регулируемой вихревой трубы с разрывом закрученной струи при доле холодного потока при подготовке попутного газа нефтедобычи с применением результатов стендовых испытаний работы моделей ТВТ диаметром 18 и 8 мм на воздухе.

3. Научно обоснована, с учетом экспериментальных данных, пульсационная концепция вихревого эффекта, позволившая интерпретировать экспериментальные результаты, полученные при работе вихревых труб в опытно-промышленном и промышленном масштабе.

Практическая ценность и реализация

Разработанная технология подготовки попутного газа нефтедобычи к транспорту низкотемпературным методом на базе ТВТ позволила обеспечить необходимую кондицию попутного газа для подачи его в магистральный газопровод. Сконструирована и запущена в эксплуатацию трехпоточная вихревая труба в составе установки с рекуперацией холода в теплообменнике на дожимной насосной станции (ДНС) «Загорская» предприятия ЗАО «Транс ЭКС».

Апробация результатов исследований

Основные положения работы были доложены на: V Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды» (г. Рыбинск, 2001 г.); научно-техническом совете предприятия ЗАО «Транс ЭКС» (г. Оренбург, 2002 г.); заседаниях кафедр: «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений» и «Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений» (ТюмГНГУ, 20022003 гг.).

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, в том числе 4 статьи, свидетельство на полезную модель.

Объем и структура работы -

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников (99 наименований) и приложения на 16 страницах. Изложена на 218 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков и 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности использования технологии, основанной на эффекте Ранка-Хилша, с применением трехпоточных вихревых труб для очистки попутного газа нефтедобычи, сформулированы цель и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первом разделе рассмотрен широкий спектр технологических процессов, обеспечивающих необходимое качество попутного газа (абсорбция, адсорбция, низкотемпературная конденсация с помощью холодильных машин и др.). Однако эти процессы технологически сложны, требуют больших энергоматериальных затрат и обычно реализуются в рамках газоперерабатывающих заводов. Применение их в промысловых условиях проблематично. К характерным особенностям таких систем' относится то обстоятельство, что в их массообменных аппаратах взаимодействие фаз осуществляется при относительно малых градиентах термодинамических и кинетических параметров (давление, температура, скорость течения газа и жидкости и др.), а также без существенной трансформации кинетической энергии входящего потока газовой смеси. Принципиально отличными от этих аппаратов являются устройства, в которых реализуется так называемая газодинамическая технология. В этих устройствах исходный газ, имеющий избыточную потенциальную энергию давления, либо разгоняется до звуковых и сверхзвуковых скоростей (с одновременной закруткой или без неё), либо с помощью специальных устройств переводится в пульсирующее состояние с определённой частотой и амплитудой. При этом проявляются достаточно интенсивные термические и фазовые эффекты разделения, которые во многих случаях можно использовать в технологии очистки и разделения газовых смесей, или (при необходимости) для простого их нагрева и охлаждения.

В этой связи изучена сущность вихревого эффекта, исследованы его основные параметры и характеристики, влияющие на эффективность применения вихревых труб при различных процессах, представлен аналитический обзор результатов исследований по разделению газовых смесей с применением вихревых труб. Отмечено, что эксперименты, проводимые рядом авторов по «сухому» компонентному разделению газовых смесей непосредственно в поле центробежных сил вихревых труб, не показали

количественного эффекта, который можно было бы использовать в промышленности.

Анализом результатов работ по использованию вихревых труб в установках НТС природного газа выявлено отсутствие технических решений по регулированию расхода газа через ВТ.

Изучены работы, связанные с исследованием и внедрением трехпоточных вихревых труб (с отбором жидкости непосредственно в ВТ) в газовой, нефтедобывающей и химической промышленности. Выявлено, что получены только конкретные показатели работы различных модификаций ТВТ в заданных условиях, но не изучен вопрос о взаимосвязи сепарационных и термодинамических характеристик ТВТ.

Выполнено технико-экономическое обоснование применения вихревой установки при подготовке попутного газа к транспорту на примере ДНС «Загорская». Расчет экономической эффективности проводился в соответствии с апробированными современными методиками оценки коммерческой эффективности внедрения разработок и определялся сроком окупаемости капитальных вложений, величиной ежегодной прибыли, получаемой за счет выработки товарного продукта (очищенного попутного газа), а также экологическим фактором от ликвидации вредных выбросов в атмосферу (снятие штрафных санкций). Продолжительность расчетного периода принята 11 годам (1 год - строительство; 10 лет - период эксплуатации). Проведенный расчет показал, что внедрение вихревой установки на указанном объекте позволит получить ежегодный чистый доход в размере 23639,4 тыс. рублей и расчетно окупить капитальные вложения на ее строительство за 2 месяца эксплуатации.

Во втором разделе представлены экспериментальные данные по исследованию термодинамических характеристик трехпоточных вихревых труб, которое было выполнено в связи с отсутствием опыта промышленной эксплуатации вихревых труб на углеводородных газах при отношении давлений

б<2. Известно, что в системе подготовки попутного газа нефтедобычи к транспорту данный параметр лежит в ограниченном интервале е=1,3-1,5. В этом режиме в сопловом вводе вихревой трубы имеет место дозвуковое истечение газа.

При проведении экспериментальных исследований в первую очередь был изучен эффект Ранка-Хиша, позволяющий вихревой трубе генерировать холод при высоком давлении исходного газа. Показатели ее работы при различных значениях доли холодного потока ц приведены в таблице 1 (режимы № 1-3). Как видно из результатов опытов, наблюдается типичная для вихревого эффекта зависимость

В последней графе представлена величина пропорциональная удельной холодопроизводительности, которая практически не зависит от что не свойственно для вихревого эффекта. Анализ показал, что это связано с аномально высоким значением величины которое повышает

Таблица 1 — Показатели работы ТВТ при различных долях холодного

потока

№ режима Давление, Мпа е Степень открытия сопла, % Температура, °С дтх V- Я=ц-ДТх, °С

Р 1 вх.у Р»хлр Р* Тцх.у Т"вх.тр тх Твикт

1 2,8 2,8 0,5 4,83 30,0 13,5 +0,5 -36,0 -13,0 36,5 0,56 20,4

2 2,7 2,7 0,5 4,67 - 12,0 -3,0 -31,0 -5,0 28,0 0,7 19,6

3 3,0 2,9 0,5 5,00 30,0 13,5 +1,0 -19,5 -13,0 20,5 1,0 20,5

4 5,2 5,4 3,8 1,41 9,0 12,0 +7,0 -6,0 -2,0 13,0 1,0 13,0

5 5,4 5,4 3,8 1,41 12,0 12,0 +7,5 -5,0 -2,0 12,5 1,0 12,5

6 4,95 4,95 2,5 1,94 - 16,0 +13,0 -3,5 - 16,5 1,0 16,5

7 4,1 - 3,5 1,17 20,0 15,0 +10,0 +6,0 +8,0 5,0 1,0 5,0

8 4,0 - 3,5 1,14 20,0 14,0 +10,0 +6,0 +7,0 4,0 1,0 4,0

эффект дросселирования более чем в 2 раза (ДТ„р=9,6 °С, расчет). Данное явление нельзя объяснить неадиабатностью ТВТ, т.к. нагрева трубы горячего потока не наблюдалось. Обнаруженный эффект вызывается процессом разрыва вихревого потока в непосредственной близости от соплового ввода.

Последующие исследования вихревой установки проводились при параметрах близких к параметрам работы при подаче нефтяного газа в магистральный газопровод. ТВТ работала при ц= 1 и е= 1,4 (таблица 1, режимы 4-6). Понижение температуры газа в теплообменнике составило (4,5-5) (режимы 4,5), а Тх= от минус 5 °С до минус 6 °С. Замеры точки росы очищенного газа при данном уровне температуры холодного потока дали следующие результаты: по влаге минус 9 по углеводородам

минус 7 °С. В таблице 1 приведены также режимы работы вихревой установки, когда (режимы 7,8) она работала при очень небольшом отношении давлений (е =1,14-1,17) и ц=1. Несмотря на то, что температура холодного потока была наблюдалась хорошая осушка по воде. Точка росы составляла в основном минус 17

Проведен сравнительный анализ термодинамической эффективности разработанной конструкции ТВТ диаметром 75 мм с эффективностью вихревых труб, разработанных и испытанных другими авторами на углеводородных газах. Сравнение проводили по показателю политропы п (таблица 2), который инвариантен к параметрам и температуре газа на входе в ВТ. В этом случае при фиксированной доле холодного потока термодинамические

характеристики ВТ сопоставляются как бы в одинаковых условиях эксплуатации. Для наглядности сравнения различных конструкций вихревых труб введен приведенный показатель эффективности который позволяет соотнести показатель политропы конкретной вихревой трубы к максимально достигнутой величине в ряду сравниваемых вихревых труб

Как видно из таблицы 2, испытанная конструкция ТВТ диаметром 75 мм

Таблица 2 - Эффективность вихревых труб различного диаметра

Вид углеводородного газа Дтр, мм Рвх.тр> МПа Т °Г И 8 п 0,%

Попутный 150 3,80 40 0,70 8,0 1,028 34

Природный 147 0,66 20 0,70 4,1 1,036 43

Природный 55 3,30 -26 0,68 4,2 1,050 60

Попутный 100 0,55 20 0,70 3,7 1,053 64

Природный 70 0,92 -22 0,70 3,6 1,065 78

Природный 143 4,2 13 0,70 4,9 1,083 100

Попутный 50 1,75 -0,5 0,70 3,1 1,044 53

Попутный 75 2,7 -0,3 0,70 4,6 1,052 63

вышла на уровень лучших, работающих на углеводородных газах.

Экспериментальные исследования ТВТ при низком давлении попутного газа (0,9-1,2) МПа проводили при трех вариантах узлов сепарации:

1. Кольцевая щель высотой 7 мм, отстоящая от среза сопла на расстоянии 5 = 500 мм;

2. Дырчатая перфорация - 1800 отверстий диаметром 3 мм, расположенных в шахматном порядке, = 325 мм;

3. Шесть тангенциальных щелей шириной 8 мм, 5 =115 мм.

На рисунке 1, в качестве примера приведены зависимости ДТХ и ДТГ от ц при степени открытия сопла Как видно из рисунка, максимальная

температурная эффективность ТВТ соответствует варианту 1, наименее эффективен вариант 3. Однако, в связи с тем, что представленные зависимости получены при разных провели также сравнение термодинамической эффективности ТВТ с различными узлами сепарации по показателю политропы п. Так, при а=52 % показатель политропы для первого варианта равен 1,074, для

ДТг,° 24

20

16

12

ДТх, °_____

Рисунок 1 - Зависимость температурной эффективности ТВТ диаметром Дтр = 75 мм от доли холодного потока (I при а = 50 %: □ - вариант 1, £^=1,57; о - вариант 2, £^=1,46; А - вариант 3,

£ср=Ы6

второго - П=1,06, третьего - п=1,073, т.е. температурная эффективность первого и второго вариантов практически одинаковая. В то же время при (полностью открытое сопло) для варианта 1 п = 1,095. Это рекордное значение эффективности для вихревых труб, работающих на углеводородных газах (таблица 2). Для варианта 3: при а=100 %, п=1,03.

Следует отметить, что параметр п для варианта 1 на а=30 % при низком давлении практически совпал с показателем политропы при работе

ТВТ при высоком давлении (п=1,054).

Из рисунка 1 видно, что в проведенных экспериментах, также как и в экспериментах при высоком давлении газа величина превышает

эффект дросселирования более чем в 3 раза. Например, для режима со вставкой 2: Полученные данные еще раз подтверждают

аномально высокое значение вихревого эффекта на ТВТ при ц=1. Установлено, что увеличение расстояния установки сепарирующих элементов от соплового ввода увеличивает температурную эффективность трехпоточной вихревой трубы.

Экспериментальные исследования вихревого эффекта в режиме показали существенное отклонение величины эффекта охлаждения от эффекта дросселирования В связи с этим была проведена серия

экспериментов на ТВТ-осушителе воздуха. В состав установки осушки воздуха входили: компрессорный агрегат производительностью до 3 с

давлением на нагнетании до 10 МПа, ТВТ и ресивер.

Испытывали две модификации ТВТ-осушителей. Геометрические характеристики первой модификации ТВТ в мм: внутренний диаметр соплового блока - 18; ширина соплового ввода - 4,8; высота - 2,8; внутренний диаметр вихревой камеры - 16; длина - 1085; диаметр диафрагмы - 7; сепарационный зазор - ширина - 5; расстояние от края соплового ввода - 25.

Вторая * модификация ТВТ, мм: размеры соплового блока, диафрагмы и сепарационного зазора сохраняются без изменения; внутренний диаметр вихре-

вой камеры - 8; длина - 300.

В таблице 3 представлены результаты эксперимента на ТВТ-осушителе при Ц =1 в диапазоне £= 2,7-10,5. Как видно из таблицы при ц=1 наблюдается значительное превышение величины ДТХ над АТдр (в 4-5 раз). На рисунке 2 сопоставлены холодо- и теплопроизводительности ТВТ - осушителя диаметром Дтр= 8 мм.

Таким образом, эксперименты, проведенные на ТВТ-осушителе воздуха, подтвердили значительное превышение величины ДТХ над ДТлр при ц=1 (также как и в экспериментах на попутном газе).

В третьем разделе представлены результаты аналитических исследований следующих экспериментально установленных особенностей работы ТВТ, которые не могли быть объяснены с точки зрений существующих теорий вихревого эффекта:

1. Аномально высокая холодопроизводительность ТВТ при доле холодного потока 11=1,0;

2. Работа ТВТ в режиме, когда точка росы осушаемого газа может иметь более низкую температуру, чем температура торможения газа холодного потока.

Необычная термодинамика ТВТ при ц=1,0, а также несовпадение значений экспериментально определенных и расчетных долей холодного потока и удельных холодо- и теплопроизводительностей, рассчитанных по методике Ранка-Хилша, говорят о том, что в ТВТ (с разрывом вихревого потока) наблюдается нарушение классического уравнения энтальпийного теплового баланса для адиабатной двухпоточной вихревой трубы.

Изучение ряда работ по газодинамическим аппаратам, которые по функциональному назначению и конструктивно подобны вихревым трубам Ранка-Хилша, но не создают закрутки газового потока, позволил выявить, что они могут обеспечивать температурное разделение газа. В диссертации представлены результаты анализа данных ряда авторов, позволившие предло-

Таблица 3 - Режим работы ТВТ-осушителя

Диаметр трубы, мм Давление, МПа е Температура, °С АТХ АТлр И

Рвхлр Рх Тк.тр тх

18,0' 2,1 0,7 2,7 21,0 6,0 15,0 3,0 1,0

18,0 2,0 0,3 5,3 20,0 5,0 15,0 3,5 1,0

18,0 2,0 0,1 10,5 17,0 1,0 16,0 4,0 1,0

8,0 1,6 0,1 8,5 14,0 0,0 14,0 3,0 1,0

Ятт А Ж ЩИ

4<Р' 1

/ У

2 С ,4 0< Ь 0 8 Ц

Рисунок 2- Холодо - и теплопроизводительность ТВТ - осушителя в зависимости от (I:

□ - я„ Дтр=8 мм, <1Д=7 мм; о - q, Дтр=8 мм, с1д=7 мм; • - бд

жить концепцию температурного реверса потоков, выходящих из газового эжектора, положенную в основу волнового подхода к теории эффекта Ранка-Хилша. Она основана на многочисленных экспериментальных данных показывающих, что в вихревых трубах имеют место волновые (пульсационные) проявления, которые по своей энергетике сопоставимы с наблюдаемыми температурными эффектами.

В пространстве камеры смешения эжектора под воздействием истекающей высоконапорной струи возникают продольные и поперечные ударные волны сжатия и разрежения. Они образуются благодаря пульсациям самой высоконапорной струи, ее взаимодействию с газом и со стенками камеры. При этом речь идет не о турбулентных пульсациях, которые также будут иметь место в газовом потоке, а о макроволновом процессе, включающем турбулентность, как некий микропроцесс. Установлено, что продольные волны могут давать в газовом эжекторе эффект пульсационной трубы и тогда при сплошной тупиковой стенке должно наблюдаться нормальное распределение температуры, то есть газ в районе тупика нагревается, а отходящий через форкамеру поток оказывается охлажденным.

Теперь рассмотрим ситуацию с поперечными волнами. Они возникают и стабилизируются на некотором расстоянии от высоконапорного сопла и устойчиво существуют в объеме камеры смешения на определенной ее длине. На рисунке 3 приведена схема, проясняющая работу поперечных волн. Если из объема цилиндрической камеры смешения выделить мысленно цилиндрический элемент (диск) шириной с!/ и рассмотреть в нем распространение волн, то можно заметить, что каждый сектор с углом работает как элементарная пульсационная труба с глухой стенкой. Тогда интегрально по сечению радиально пульсирующего диска возникает градиент температуры, то есть кольцо газа и цилиндрической стенки окажется нагретым, а приосевой цилиндр охлажденным. В пульсирующем элементе устанавливается определенный закон радиального распределения пульсаций

Газовый эжектор

Рисунок 3 - Схема ударно-волнового механизма температурного разделения газа

давления и соответственно температуры торможения. Абсолютное значение этих величин зависит от текущего радиуса и расстояния от среза сверхзвукового сопла.

Благодаря такому механизму поперечного переноса тепла, в объеме камеры смешения эжектора возникает приосевая зона пониженной температуры (холодное ядро). Однако при отсутствии отбора газа из этого ядра, локальное понижение температуры газа не окажет заметного влияния на доминирующий процесс пульсационного разделения температур за счет поперечных волн. На выходе газа из камеры смешения в форкамеру холодные и горячие слои газа смешиваются, и в итоге устанавливается обычный тепловой баланс пульсационной трубы.

Картина меняется, если на торцевой стенке имеется центральное отверстие, через которое выходит часть газа. В этом случае холодное ядро деформируется в сторону отверстия и появляется возможность выхода через диафрагму холодного газа. Внутренний тепловой баланс эжектора по сравнению с вариантом глухой пробки становится другим: в форкамеру выходит уже менее охлажденный, или даже подогретый воздух.

Следует отметить еще один важный момент - влияние продольных и поперечных волн друг на друга и возможности перераспределении между ними энергии. Продольные волны передают свою энергию усиливающимся поперечным волнам и вследствие этого возникает ударно-волновое разделение газа на холодный (приосевые области) и горячий (периферия потока). Далее внешне все происходит как в обычной вихревой трубе: холодные слои газа выходят через диафрагму, а нагретые в противоположную сторону.

По сути дела схема работы ТВТ по ударно-волновому принципу остается той же, что и для эжектора. При закрутке газовой струи имеют место все те же продольные и поперечные волны, также происходит энергетический обмен между пульсирующими волнами. Но есть и отличия, т.к. энергетическое преимущество имеют поперечные волны и их «подпитка» продольными

волнами происходит на определенном расстоянии от соплового сечения, когда амплитуда поперечной волны значительно уменьшается по сравнению с первоначальной величиной (длинные цилиндрические трубы).

Представленный ударно-волновой механизм ни в коей мере не отменяет устоявшуюся картину закрученного потока в вихревой трубе, т.е. наличия внешнего и внутреннего вихрей. Естественно остается той же картина температурных полей в ТВТ и наличие градиента давления по радиусу в различных сечениях вихревой трубы. Изменяется только трактовка преимущественного механизма температурного расслоения газа, а именно: вместо хаотичных турбулентных пульсаций в радиальном направлении вводится волновой процесс, которому для передачи энергии не нужна мощная ротация газообразного вещества. Скорость распространения колебаний в газе соответствует скорости звука, поэтому, учитывая масштабы современных вихревых труб можно сделать вывод о практически мгновенном выходе их на рабочий режим, что подтверждается на практике.

В четвертом разделе приведены результаты исследования сепарационных характеристик конструктивных вариантов вихревой трубы при различных давлениях попутного газа, так как аналитическим изучением известных экспериментальных результатов выявлена только качественная оценка сепарирующей способности ТВТ диаметром 50 мм. В этой связи была разработана и установлена на ДНС «Загорская» (Оренбургская область) опытная установка производительностью до 10 000 нм3/час (рисунок 4). Попутный газ после сепаратора 1 поступал в трубное пространство теплообменника 2, где охлаждался холодным потоком из ТВТ. При этом происходила конденсация высших углеводородов и паров воды. Далее попутный газ направлялся в трехпоточную вихревую трубу 3, расширялся, сепарировался и разделялся на два потока - холодный и горячий. Холодный поток поступал в межтрубное пространство теплообменника, горячий смешивался с холодным потоком после теплообменника и далее

Рисунок 4 - Принципиальная схема вихревой установки для подготовки попутного газа нефтедобычи к транспорту: 1,4 — сепараторы; 2 - теплообменник; 3 - трехпоточная вихревая труба; В1 - регулирующий вентиль на горячем потоке; В2 -вентиль на байпасе

смешанный поток после окончательного отделения конденсата в сепараторе 4 поступал потребителю в магистральный газопровод. ТВТ рассчитана на расход попутного газа (6 500-10 000) нм3/час.

На установке подготовки попутного газа нефтедобычи к транспорту с ТВТ диаметром 75 мм проведены эксперименты при достаточном количестве жидкой фазы, попадающей в ТВТ из рекуперационного теплообменника. Причем, изучался режим работы при низком и высоком значении давления нефтяного газа.

Исследования сепарационной возможности конструктивных вариантов ТВТ проведены при непосредственном замере количества жидкости в третьем потоке в режимах и в таблице 4 представлены сепарационные

возможности всех трех испытанных вариантов сепарационных узлов ТВТ. Выявлено, что наибольшей сепарационной эффективностью обладает модификация 3 с тангенциальными продольными щелями, равномерно расположенными по окружности. Дополнительные сепарационные щели варианта 3 значительно улучшают базовый вариант 1; наименьшую сепарационную возможность показала модификация 2 (дырчатая перфорация), которая не только ухудшает сепарационные показатели ТВТ, но и приводит к неустойчивой ее работе (возникают чрезмерные динамические и акустические перегрузки в режимах

Таким образом, в промышленных условиях, подтверждена возможность эффективной работы ТВТ при осушке без дополнительного потока газа через сепарационные элементы. Это весьма важный результат, так как обеспечение такого потока приводит к усложнению технологической схемы установки подготовки нефтяного газа. Выявлено, что реализация вихревой технологии с применением ТВТ при небольшом отношении давлений сжатого газа на входе в трубу к давлению холодного потока обеспечила необходимый уровень осушки газа для нормального транспортирования по газопроводу.

Таблица 4 - Сепарационная эффективность узлов сепарации ТВТ диаметром 75 мм

Конструктив- Давление, МПа Температура, °С а,% ЛТХ ц-ДТх 0«

ный вариант Р»х.тр Рх Т»ц.у Т 1 ВХ.ТР тх Тг л/час

1 1,05 0,65 1,53 16,5 16,0 12,0 0,0 100 - - 6,0

1,05 0,6 1,64 17,5 12,0 -3,5 24,0 0,51 100 15,5 7,90 3,0

2 0,8 0,6 1,29 15,0 15,0 - 11,5 0,0 100 - - 1,6

0,9 0,6 1,43 17,0 16,5 - 13,0 0,0 52 - - 4,0

0,9 0,6 1,43 17,0 16,5 2,8 14,5 0,025 52 13,7 0,34 0,4

0,9 0,6 1,43 17,5 14,5 4,3 23,0 0,51 52 10,2 5,20 0,2

0,95 0,6 1,50 17,5 16,6 9,8 30,4 0,79 52 6,8 5,37 0,0

1,1 0,7 1,50 17,5 14,9 9,6 - 1,0 52 5,3 5,30 0,0

3 1,05 0,6 1,64 16,5 16,6 - 12,6 0,0 100 - - 17,7

1,15 0,7 1,56 17,0 14,9 4,5 18,1 0,38 100 10,4 3,95 11,0

и 0,65 1.73 17Д 14,4 8,5 21,0 0,68 100 5,9 4,01 8,0

1,25 0,7 1,69 17,3 14,0 8,4 23,2 0,76 100 5,6 4,26 7,2

1,2 0,7 1,63 17,4 13,5 7,8 - 1,0 100 5,7 5,70 21,4

1,2 0,7 1,63 17,3 13,9 7,7 - 1,0 100 6,2 6,20 22,8

Основные выводы и рекомендации

1. Разработана технология подготовки попутного газа нефтедобычи к транспорту низкотемпературным методом с применением регулируемой трехпоточной вихревой трубы. Отличительная особенность данной технологии-работа ТВТ при небольшом отношении давлений £ = 1,14-1,40.

2. Разработана эффективная конструкция ТВТ, устанавливаемая в состав рекуперационной технологической схемы, позволившая обеспечить необходимую кондицию нефтяного газа для подачи его в магистральный газопровод.

3. В результате экспериментальных исследований термодинамической эффективности ТВТ диаметром 75 мм проведено сравнение ее параметров с ТВТ диаметром 50 мм, а также с другими вихревыми трубами с применением показателя политропы п и установлено ее преимущество для применения в составе рекуперационной технологической схемы.

4. Стендовыми исследованиями сепарационной способности ТВТ на разных режимах работы с использованием трех вариантов исполнения сепарационной части установлено, что оптимальной схемой является вариант с тангенциальными продольными щелями, равномерно расположенными по окружности.

5. Стендовыми исследованиями эффекта Ранка-Хилша обнаружены особенности работы ТВТ при доле холодного потока при работе на нефтяном газе. На основании этих особенностей разработана ударно-волновая концепция вихревого эффекта, позволившая интерпретировать экспериментальные результаты, полученные на ТВТ в промышленном и опытно-промышленном масштабе.

6. Результаты исследований апробированы и успешно внедрены в промышленное производство на ДНС «Загорская». Экономический эффект от внедрения составил более 23 млн. рублей в год.

Обозначения

Дтр — внутренний диаметр вихревой трубы (мм)

~ диаметр диафрагмы (мм) п — показатель политропы Р — давление газа (МПа)

Я = ц- ДТ„ — параметр, характеризующий удельную холодопроизводительность вихревой трубы (°С)

Т — температура торможения газа (К, °С)

Трос — температура точки росы (К, °С)

ДТ„ — эффект охлаждения газа в вихревой трубе (К, °С)

ДТГ — эффект нагрева газа в вихревой трубе (К, °С)

ДТдр — эффект Джоуля-Томпсона (К, °С)

а — степень открытия сопла, %

5 — расстояние от среза сопла до сепарационного зазора (мм) е — отношение давлений

— доля холодного потока

в — приведенный показатель эффективности, %

— количество жидкости в третьем потоке, л/час

— ширина диска цилиндрической камеры смешения ¿у —угол

г — текущий радиус

I — расстояние от среза сверхзвукового сопла

Индексы

вхлр — вход в вихревую трубу

вх.у — вход в установку

вых.т — выход из теплообменника

ср — усредненное значение параметра

х — холодный поток

Аббревиатуры

ВД — волновой детандер

ВТ — вихревая труба

ГДО — газодинамический осушитель

ДНС — дожимная насосная станция

НТС — низкотемпературная сепарация

ПОГ — пульсационный охладитель газа

ТВТ — трехпоточная вихревая труба

Основные положения диссертации нашли отражение в следующих печатных работах:

1. Гусев А.П., Система подготовки попутного газа нефтедобычи к транспорту с применением регулируемой трехпоточной вихревой трубы / А.П. Гусев, P.M. Исхаков, М.А. Жидков, Г.А. Комарова // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2000. - № 7. - С. 16-18.

2. Жидков М.А., Особенности термодинамических характеристик трехпо-точных вихревых труб для очистки и осушки технологических газов / М.А. Жидков, Г.А. Комарова, А.П. Гусев, СИ. Грачев // Холодильная техника. -2001. - № 1. -С. 12-14.

3. Жидков М.А., Взаимосвязь сепарационных и термодинамических характеристик трехпоточных вихревых труб / М.А. Жидков, Г.А. Комарова, А.П. Гусев, P.M. Исхаков // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2001: -№5.-С. 8-11.

4. Свидетельство на полезную модель № 18945 (РФ). Вихревая труба // Шайхутдинов P.M., Жидков М.А., Гусев А.П., Громов В. В. // БИ. -10.08.2001.-№22.

5. Жидков М.А., Применение регулируемых и трехпоточных вихревых труб в химической, газовой и нефтедобывающей промышленности / М.А. Жидков, Г.А. Комарова, А.П. Гусев, СИ. Грачев // Сб. трудов. Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды. - Рыбинск, 2001. -С. 46.

Соискатель

А.П. Гусев

Подписано к печати •ff-QkO*/ Бум. писч. № 1

Заказ Xsffi Усл. изд. л. 1,0

Формат 60x84 '/16 Усл. печ. л. 1,0

Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 120 экз.

Издательство «Нефтегазовый университет»

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38 Отдел полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 625039, Тюмень, ул. Киевская, 52

»13579

I

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Гусев, Александр Петрович

Основные обозначения.

Введение.

1. Исследования применения вихревых технических средств в технических звеньях системы сбора и подготовки скважинной продукции.

1.1. Технические предпосылки использования вихревой технологии в системах сбора нефти и газа.

1.2. Сущность вихревого эффекта, его параметры и характеристики и факторы влияющие на эффективность вихревых труб, основные теории.

1.3. Разделение газовых смесей с применением вихревых труб

1.3.1. «Сухое» компонентное разделение газовых смесей в вихревых трубах.

1.3.2. Разделение углеводородных смесей в установках, базирующихся на двухпоточных вихревых трубах.

1.3.3. Трёхпоточные вихревые трубы.

1.4. Оценка экономической эффективности применения ТВТ в системах промысловой подготовки нефти и попутного газа к транспорту

1.5. Выводы.

2. Экспериментальное исследование термодинамических характеристик трёхпоточных вихревых труб.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Экспериментальное исследование эффекта Ранка-Хилша при высоком и низком давлениях попутного газа.

2.3. Трехпоточная вихревая труба - осушитель воздуха.

2.4. Выводы.

3. Исследования особенностей проявления эффекта Ранка

Хилша при работе трехпоточных вихревых труб.

• 3.1. Особенности теплового баланса вихревых труб.

3.2. Концепция ударно-волнового механизма температурного разделения газа в газодинамических аппаратах.

3.3. Трактовка экспериментальных данных, полученных при работе вихревых труб, с позиции ударно-волновой гипотезы.

3.4. Выводы.

4. Исследования сепарационных характеристик конструктивных вариантов вихревой трубы. щ 4.1. Анализ известных экспериментальных результатов.

4.2. Описание принципиальной схемы промышленной установки и методики эксперимента.

4.3. Конструкция регулируемой трёхпоточной вихревой трубы.

4.4. Исследование характеристик ТВТ диаметром 75 мм при низком давлении попутного газа.

4.5. Исследование характеристик ТВТ диаметром 75 мм при высоком давлении попутного газа.

4.6. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Подготовка попутного газа нефтедобычи к транспорту с применением трехпоточной вихревой трубы"

Известно, что нефтяной газ (попутный газ нефтедобычи) является не только прекрасным топливом, но и весьма ценным сырьём для нефтехимических и других производств. Однако в отличие от природного, добычу которого можно регулировать в зависимости от объёма его потребления, нефтяной газ извлекается из недр вместе с нефтью, независимо от того, имеются или отсутствуют условия для его использования. При отсутствии необходимых условий его вынужденно сжигают в факелах. Это приводит к невосполнимым потерям энергоносителя и углеводородного сырья. Кроме того, наносится непоправимый ущерб природе.

Известен путь реализации нефтяного газа - подача его в магистральные газопроводы. Для этого необходимо не только благоприятное расположение таких газопроводов, но и решение вопросов качества продукта. Основное требование к газу, подлежащему транспортированию по газопроводу - такая его обработка, после которой не происходило бы конденсации воды и углеводородов при давлениях и температурах, соответствующих режиму работы газопроводов.

В настоящее время разработан и реализован на практике широкий спектр технологических процессов, обеспечивающих необходимое качество нефтяного газа (абсорбция, адсорбция, низкотемпературная конденсация с помощью холодильных машин и др.). Однако эти процессы технологически сложны, требуют больших энергоматериальных затрат и обычно реализуются в рамках газоперерабатывающих заводов [1]. Применение их в промысловых условиях проблематично.

К характерным особенностям таких систем относится то обстоятельство, что в их массообменных аппаратах взаимодействие фаз осуществляется при относительно малых градиентах термодинамических и кинетических параметров (давление, температура, скорость течения газа и жидкости и др.), а также без существенной трансформации кинетической энергии входящего потока газовой смеси. Принципиально отличными от этих аппаратов являются устройства, в которых реализуется т.н. газодинамическая технология. В них исходный газ, имеющий избыточную потенциальную энергию давления, либо разгоняется до звуковых и сверхзвуковых скоростей (с одновременной закруткой или без неё), либо с помощью специальных устройств переводится в пульсирующее состояние с определённой частотой и амплитудой. При этом проявляются достаточно интенсивные термические и фазовые эффекты разделения, которые во многих случаях можно использовать в технологии очистки и разделения газовых смесей, или (при необходимости) для простого их нагрева и охлаждения.

Среди пульсационных аппаратов следует отметить трубки Гартмана-Шпренгера, которые применяются для мгновенного нагрева газа до высоких температур, импульсные холодильники Джиффорда, с помощью которых можно получать сжиженный природный газ, пулъсапионные охладители газа (ПОГ), используемые в основном в установках низкотемпературной сепарации природного газа (НТС), и волновые детандеры (ВД), принцип действия которых также основан на пульсационном эффекте [2,3].

В одной из модификации газодинамической технологии в т.н. газодинамическом осушителе (Г ДО) совмещаются два основных процесса: изоэнтропийное расширение газа, которое сопровождается конденсацией высококипящих компонентов, и последующее изоэнтропийное сжатие его. Сконденсированная жидкость обычно отделяется с помощью закрутки [3]. В газодинамическом осушителе отсутствует термическое разделение газа на холодный и горячий потоки, как это происходит в другом газодинамическом аппарате, - вихревой трубе Ранка-Хилша (ВТ), которой и посвящена данная диссертационная работа.

Генерируемый в ВТ холод может быть использован для захолаживания исходной газовой смеси и осуществления процесса конденсации компонентов при начальном давлении. Кроме того, сама ВТ также как и ГДО, по своей газодинамике должна быть самостоятельным, весьма эффективным осушителем.

По термодинамической эффективности вихревая труба (как и ПОГ) занимает промежуточное положение между дросселем и детандером [4], однако значительно превосходит ПОГ и ВД по своей конструктивной простоте и надёжности в эксплуатации и не идёт ни в какое сравнение с таким сложным устройством, как турбодетандерный агрегат (ТДА). Кроме того, ВТ надёжно работает на газах, содержащих' жидкие и твёрдые включения, а также при эксплуатации не требует дополнительного обслуживающего персонала.

Основной позитивный фактор, который можно использовать для дешёвой осушки и отбензинивания нефтяного газа с помощью газодинамической технологии - это высокий уровень пластового давления. Однако даже на тех месторождениях, где оно относительно велико, нецелесообразно вести процесс дегазации нефти при давлении свыше 5,0-6,0 МПа, т.к. при более высоком давлении снижается дебит скважин, а также уменьшается количество попутного газа, получаемого после первой ступени дегазации. Последнее обстоятельство увеличивает нагрузку по газу на вторую ступень технологии подготовки нефти (дегазация с применением подогрева), тем самым повышая затраты тепла и увеличивая себестоимость добываемой нефти.

Таким образом, имеют место два противоположно направленных технологических фактора (один требует повышения, другой снижения давления), определяющих приемлемый перепад давления нефтяного газа, который может использовать для его низкотемпературной очистки. Этот располагаемый перепад давления АР лежит, как правило, в диапазоне 0,51,0 МПа. Такой, весьма ограничительный, диапазон параметра АР практически исключает возможность реализации традиционной схемы НТС, основанной на эффекте дросселирования. Другого рода расширители (с более высоким температурным к.п.д.), в том числе ТДА, ВД и ПОГ, относительно сложны, дороги и требуют повышенного внимания при эксплуатации в полевых условиях. Что касается ГДО, то на сегодня эта технология «теоретически и технологически слабо проработана» [3, стр. 383]. Использование холодильных установок требует больших энергоматериальных затрат и дополнительного обслуживающего персонала. Кроме того они экологически небезопасны. Поэтому автору данного исследования представилось целесообразным применить для осушки нефтяного газа регулируемую вихревую трубу, которая по последним данным достаточно надежно работает в газовой [5,6,7], нефтедобывающей [8] и химической отраслях промышленности [9,10].

Эффект Ранка-Хилша, реализуемый в вихревой трубе, заключается в снижении температуры центральных слоев закрученного потока и нагреве периферийных слоев. Он был обнаружен французским инженером Ранком в 1931 году [11] и экспериментально изучен немецким физиком Хилшем в 1946 году [12]. Начало реального применения этого эффекта в технике приходится на середину пятидесятых годов, в первую очередь в малорасходных вихревых трубах индивидуального кондиционирования, где рабочим телом служил воздух. С тех пор происходило расширение диапазона производительности и области применения вихревых аппаратов.

К настоящему времени опубликовано около 2 ООО книг, статей, описаний изобретений и патентов по вихревому эффекту [13]. Анализ патентно-технической литературы по проблеме применения вихревых труб, в том числе в процессах разделения и очистки газовых смесей, показывает, что подавляющее число изобретений и патентов на способы применения вихревого эффекта и конструкции ВТ приходится на долю отечественных разработок, причем от зарубежных их отличает широта спектра использования ВТ в самых разнообразных отраслях экономики.

Выше указывались причины ограничения диапазона располагаемого перепада давления попутного газа нефтедобычи. Они диктуют необходимость использования специальной конструкции вихревой трубы, которая обеспечила бы не только получение необходимого технологического холода, но и эффективное отделение мелкодисперсной жидкой фазы, образующейся в самой ВТ. Эта задача реализуется в т.н. трёхпоточных вихревых трубах (ТВТ), где в качестве третьего потока из аппарата выводится отсепарированная жидкость или газожидкостная смесь [14].

Изучение технической литературы выявило отсутствие промышленных ТВТ, работающих на малых отношениях давлении. Кроме того, не смотря на опытно-промышленные исследования ТВТ [15, 16, 17], а также их эксплуатацию в промышленном масштабе [8, 18], остаётся открытым вопрос об оптимальной геометрии сепарационной части ТВТ.

Настоящая диссертация посвящена вопросу разработки и промышленной реализации системы низкотемпературной подготовки попутного газа нефтедобычи с применением трёхпоточной вихревой трубы, работающей при минимальном отношении давлений, обеспечивающей необходимые параметры осушки, а также необходимую пропускную способность в условиях значительного изменения давления и расхода газа.

Основными преимуществами разрабатываемой технологии являются:

- эффективное использование для технологических целей энергии пластового давления попутного газа нефтедобычи;

- реализация экологически чистого процесса получения холода, исключающего выбросы вредных веществ в атмосферу;

- простота и высокая эксплутационная надёжность оборудования;

- оптимальный метод регулирования расходных характеристик трёхпо-точной вихревой трубы.

В рамках данного исследования выполнен технико-экономический анализ целесообразности применения вихревой технологии для подготовки нефтяного газа к транспорту, разработаны, внедрены и экспериментально изучены различные конструкции регулируемой трёхпоточной вихревой трубы. Проведена всесторонняя проверка работоспособности ТВТ в технологической схеме с рекуперационным теплообменником, сняты термодинамические и сепарационные характеристики вихревых труб в различных режимах эксплуатации. Предложена пульсационная концепция вихревого эффекта, позволяющая объяснить ряд его парадоксов и закономерностей. Автор защищает:

1. Технико-экономическое обоснование применения ТВТ при подготовке попутного газа нефтедобычи к транспорту.

2. Конструкцию трёхпоточной вихревой трубы с основным узлом сепарации в виде перфорированного стакана, образующим кольцевой зазор с трубой горячего потока, имеющую также узел регулирования расхода газа.

3. Экспериментальные данные по термодинамической эффективности промышленной ТВТ, её сепарационные характеристики на разных режимах работы и при различном конструктивном исполнении сепарационной части.

4. Особенности работы трёхпоточных вихревых труб с разрывом за-крученной струи, в частности при доле холодного потока ц = 1,0, зафиксированные в промышленных и опытно-промышленных испытаниях на попутном газе нефтедобычи и воздухе.

5. Пульсационную концепцию вихревого эффекта, разработанную с учётом экспериментальных данных, полученных при работе трёхпоточных вихревых труб.

Заключение Диссертация по теме "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", Гусев, Александр Петрович

Общие выводы

1. Разработана технология подготовки попутного газа нефтедобычи к транспорту низкотемпературным методом с применением регулируемой трёхпоточной вихревой трубы. Отличительная особенность данной технологии - работа ТВТ на небольшом отношении давлений г = 1,14-1,40.

2. Сконструирована, реализована в металле и запущена в эксплуатацию в составе рекуперационной технологической схемы трёхпоточная вихревая труба, позволившая обеспечить необходимую кондицию нефтяного газа для подачи его в магистральный газопровод.

3. Получены и проанализированы экспериментальные данные по термодинамической эффективности ТВТ диаметром 75 мм и проведено сравнение её параметров с ТВТ диаметром 50 мм, а также с другими вихревыми трубами с применением показателя политропы п.

4. Исследована сепарационная способность ТВТ на разных режимах работы с использованием трёх вариантов исполнения сепарационной части. Установлено, что наилучшие показатели имеет вариант с тангенциальными продольными щелями, равномерно расположенными по окружности.

5. Обнаружены особенности работы ТВТ при доле холодного потока (I =1,0 при работе на нефтяном газе. Для исследования работы ТВТ на воздухе при \i— 1,0 были проведены испытания на стенде с ТВТ диаметром 18 и 8 мм.

6. Выполнено технико-экономическое обоснование применения ТВТ для подготовки попутного газа нефтедобычи к транспорту для условий ДНС «Загорская» г. Оренбурга.

7. Разработана ударно-волновая концепция вихревого эффекта, позволившая интерпретировать экспериментальные результаты, полученные на ТВТ в промышленном и опытно-промышленном масштабе.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Гусев, Александр Петрович, Тюмень

1. 19,0 18,0 3,5 1,0 22,0 16,575. 25,5 3,0 1,0 20,0 17,076. 20,0 14,0 2,6 1,0 19,0 19,0

2. Нормальные условия 3,0 1,0 15,0 13,0

3. Где: ЛТ0ХЛ- температура охлаждающей воды, ДТхприв — температурная эффективность, приведенная к 8=2,6.

4. Последняя графа таблицы 2.6 показывает, что при Цф =1,0 практически наблюдается максимальная холодопроизводительность ТВТ.

5. Значительная разница диаметров соплового блока и вихревой камеры (Дс = 18 мм; Дтр =8,0 мм);

6. Нетрадиционно большой диаметр диафрагмы.

7. В нашем случае относительный диаметр диафрагмы равен d =с!/ДТр =7/8 = 0,875, что значительно превосходит рекомендации 4. В частности, при |х=0,7 рекомендуется оптимальное значение d = 0,569.

8. Бараз В.И. Добыча нефтяного газа. // М.: Недра, 1983, 253 с.

9. Бобров Д.М., Лаухин Ю.А. Сиротин A.M. Новые аппараты для охлаждения и перспективы их использования в газонефтяной промышленности. // Обзорная информация. Сер.: Подготовка и переработка газа и газового конденсата. М.: ВНИИЭгазпром, 1980, Вып. 4. 40 с.

10. Гриценко А.И., Истомин В.А., Кульков А.Н., Сулейманов Р.С. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. // М.: Недра, 1999,473с.

11. Меркулов А.Н. Вихревой эффект и его применение в технике. // М.: Машиностроение, 1969, 183 с.

12. Николаев В.В., Овчинников В.П., Жидков М.А., Комарова Г.А., Резвых А.И. Опыт эксплуатации регулируемой вихревой трубы на газораспределительной станции. // Газовая промышленность, 1995, №10, с. 13-14.

13. Николаев В.В., Овчинников В.П., Жидков М.А., Комарова Г.А. Эксплуатация регулируемой вихревой трубы в технологической схеме ГРС. //Газовая промышленность, 1997, № 6, с. 50-51.

14. Жидков М.А., Овчинников В.П., Комарова Г.А. Термодинамическая эффективность промышленной вихревой трубы. // Газовая промышленность, 1997, № 12, с. 54-56.

15. Исхаков P.M., Николаев В.В., Жидков М.А., Комарова Г.А. Применение ТВТ для конденсации тяжёлых углеводородов из попутного нефтяного газа. // Газовая промышленность, 1998, № 7, с. 42-43.

16. Жидков М.А., Комарова Г.А., Воробьёв B.C., Курилов А.В., Селезнёв С.В., Лукьянов Е.Н. Опыт эксплуатации промышленной установки выделения метанола из продувочных газов синтеза сприменением вихревой трубы. // Химическая промышленность, 2000, № 5, с. 3-6.

17. Ю.Жидков М.А., Комарова Г.А., Воробьёв B.C., Курилов А.В., Селезнёв С.В., Лукьянов Е.Н. Выделение метанола из продувочных и танковых газов синтеза с применением вихревого эффекта. // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2000, № 6, с. 19-21.

18. Ranque G.I. Experiences sur la Detente Girataire avec Productions Simultahees d' un Echappement & Air chand at d4 Air froid. // Journal de Physique at le Radium, 1933, 4, N 7, p. 112.

19. Hilsch R. Die Expansion von Gasen im Zentrifugalfeld des Kalteprozes. Zeitschrift fur Naturforschung. // 1946, N 1, s. 208-214.

20. Чижиков Ю.В. Развитие методов расчёта ипромышленное использование вихревого эффекта. // Дисс.докт. техн.наук. М, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999, 291 с.

21. Жидков М.А. Низкотемпературная очистка газов с применение вихревого эффекта. // Дисс.канд. техн. наук. М., ГИАП, 1982.

22. Жидков М.А., Лейтес И.Л., Татищев Б.Г., Атоманова В.В. Очистка природного газа от сернистых соединений низкотемпературной абсорбцией конденсирующимися углеводородами. // Газовая промышленность, 1974, № 6, с. 43-46.

23. Чернов А.Н., Баженов Ю.М., Игонин Н.П., Кшшнник А.В. К вопросу применения вихревой трубы для отбензинивания нефтяного газа, // В кн.: «Переработка нефтяных газов». М.: 1977, вып. 2, с. 86-91.

24. П.Николаев В.В., Жидков М.А., Комарова Г.А., Климов Н.Г., Никитин А.И., Райков А.А., Лободенков А.К. Использование вихревой трубы при низкотемпературном разделении сероводородосодержащих газов. //Газовая промышленность, 1995, № 12, с. 45-43.

25. Гольдштик М.А., Штерн В.Н., Яворский Н.И. Вязкие течения с парадоксальными свойствами. //Новосибирск, 1989.

26. Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? // М.: Энергия, 1976, 153 с.

27. Бродянский В.М., Лейтес И.Л., Мартынов А.В., Семёнов В.П., Эстрин С.М. Использование вихревого эффекта в химической технологии. //Химическая промышленность, 1963, № 4, с 32-36.

28. Колышев Н.Д., Вилякин В.Е. Исследование температурных режимов тел в самовакуумирующейся вихревой трубе. //В кн.: Материалы III Всесоюзной научно-технической конференции «Вихревой эффект и его промышленное применение», Куйбышев, 1981, с. 122-125.

29. Пиралишвили Ш.А., Поляев В.М., Сергеев М.Н. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения. // М.: УНПЦ «Энергомаш», 2000,414 с.

30. Кузнецов В.И. Теория и расчёт эффекта Ранка. // Омск, Омский гос. тех. универ., 1995.

31. Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. // М.: Мир,1987.

32. KurodaH. Ph.D. Thesis (Knoxville: The University of Tennessee,1983).

33. Суслов А.Д., Иванов C.B., Мурашкин A.B., Чижиков Ю.В. Вихревые аппараты. // М.: Машиностроение, 1985, 252 с.

34. Халатов А.А. Теория и практика закрученных потоков. // Киев: Наукова думка, 1999.

35. Kurosaka MJ. Fluid Mech. 124-139 (1982).

36. KurosakaM., Chu. J.Q., Goodman J.R. AIAA, Paper 82-0592.

37. Chu. J.Q. Ph.D. The Thesis (Knoxville: The University of Tennessee, 1982).

38. KurosakaM. Et al. AIAA, Paper 82-0592.

39. Финько B.E. Особенности охлаждения и сжижения газа в вихревом потоке. //ЖТФ. 1983, т.53, № 9, с. 1770-1776.

40. Elser К., Hoch М. Das Verhalten verschidener Gas und die Trennimg in einem Wirbelrohr. // Zeitschrift fur Naturforschung. 1951, N 6a, s. 25-31.

41. Торочешников H.C., Коваль Ж. А. Экспериментальное исследование вихревого эффекта в трубах малого диаметра. // Научные труды высшей школы «Химия и химическая технология», 1958, № 3, с. 603-606.

42. Linderstrom-Lang C.V. Gas Separation in the Raque-Hilsch Vortex Tube. // International Journal of Heat and Mass Transfer, 1964, v.7, N 11, p. 1195-1206.

43. Marshall I. Effect of operating condition physical size and Fluid characteristics on the Gas Separation performance of Linderstrom-Lang Vortex Tube. // International Journal of Heat and Mass Transfer, 1977, v.20, N3, p. 227-231.

44. Баженов Ю.М., Чернов A.H. Исследование процесса разделения газов в вихревой трубе. // В кн.: Материалы II Всесоюзной научно-технической конференции «Вихревой эффект и его применение в технике», Куйбышев, 1976, с.24-29.

45. Мартынов А.В., Бродянский В.М. О разделении газовых смесей в вихревой трубе. // Труды МЭИ, Промэнергетика, 1963, вып. 48, с. 147-149.

46. Комарова Г. А., Лейтес И. Л., Житкова Т.В., Червякова Л.С., Лифшиц С.М. Способ выделения аммиака из продувочных газов синтеза. // Химическая промышленность, 1975, № 4, с. 37-40.

47. Бродянский В.М., Мартынов А.В. Вихревая труба для сепарации природного газа. //Газовое дело, 1962, № 5, с. 33-37.

48. Красовицкий Б.А., Райский Ю.Д., Темнин А.З., Тункель Л.Е. Работа вихревой трубы в системе низкотемпературной сепарации. // Газовая промышленность, 1969, № 6, с. 6-9.

49. Алексеев Т.С. Применение вихревых камер на установках низкотемпературной сепарации природных газов. // Газовое дело, 1963, № 6-7, с. 49-59.

50. Базлов М.Н., Жуков А.И., Алексеев Т.С. Подготовка природного газа и конденсата к транспорту. // М.: Недра, 1968, с. 215.

51. Райский Ю.Д., Тункель Л.Е., Клюшин А.Н. Испытание вихревой трубы в установках НТС на Совхозном месторождении. // Газовая промышленность, 1973, № 5, с. 12-15.

52. Fekete L.A. Vortex tube is intriguing separator. // The Oil and Gas Journal, 1970, N24, p. 71-73.

53. Райский Ю.Д., Тункель Л.Е. Применение вихревых труб в схемах подготовки природного газа. // Обзорная информация, Газовая промышленность, серия: Подготовка и переработка газа и газового конденсата. М.: ВНИИЭгазпром, 1979, вып. 5, с. 57.

54. Мартынов А.В., Немира К.Б. К вопросу о применении вихревых труб для низкотемпературной сепарации природного газа. // Труды МЭИ, 1975, вып. 249, с. 128-133.

55. Williams A. The cooling of methane with Vortex tubes. // Journal Mechanical Engineering Science, 1971, v. 13, p. 369-375.

56. Тункель JI.E. О влиянии высоты вводного сопла на вихревой эффект. // Известия вузов, Нефть и газ, 1964, № 4, с. 69-74.

57. Степанов И., Жидков М., Лейтес И., Купингаз Кай, Атаманова В., Тагинцев Б., Ранг Сильвия. Низкотемпературная очистка природного газа. // Известия Академии наук Эстонской ССР, 1980, т. 29, № 3, с. 222223.

58. Бродянский В.М., Мартынов А.В. Вихревая труба. // Авторское свидетельство СССР № 202880.

59. Ткаченко М.Ф., Корчажкин М.Т., Пестун Н.П., Клищенко В.Я. Вихревая труба. // Авторское свидетельство СССР № 258319.

60. Исупов Ю.Г., Портнов Ю.Т., Шаталов А.Ф., Чуркин Ю.В. Устройство для разделения газовых смесей. // Авторское свидетельство СССР №558137.

61. Колодезный П.А., Гухман Л.М. Вихревая труба. // Авторское свидетельство СССР № 578090.

62. Мартынов А.В., Немира КВ., Шаганова A.M. Вихревой сепаратор. // Авторское свидетельство СССР № 731992.

63. Романов Н.Я., Тюрин Н.К., Мовчан М.П., Куриленко А.А., Никулин А.А. Устройство для очистки газа. // Авторское свидетельство СССР №776629.

64. Косенков В.Н., Широков В.И., Малютин Г.Г., Копищев Н.И., Дорофеев С.Н., Савельев Ю.В. Вихревая труба. // Авторское свидетельство СССР № 853313.

65. Чернов А.Н. Разработка метода расчёта характеристиквихревых труб для переработки нефтяного и природного газов. // Дисс.канд. техн. наук. М., МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1983,130 с.

66. Чернов А.Н., Брещенко Е.М., Бобровников Г.Н., Поляков А.А. Исследование работы трёхпоточной вихревой трубы на нефтяном газе. // Труды ВНИИОЭНГ «Переработка нефтяных газов». М.: ВНИИОЭНГ, 1981, вып. 7, с. 115-123.

67. Hajdik В., Lorey М., Steinle J., Thomas К. Vortex tube can increase liquid hydrocarbon recovery at plant inlet. // Oil & Gas Journal, 1997, Sept. 8, p. 76-83.

68. Жидков М.А., Комарова Г.А. Вихревой аппарат. // Патент Российской Федерации № 2035990.

69. Киселев Г.А., Малышев А.Г., Михайлов А.В. Трёхкомпонентный вихревой сепаратор. //Газовая промышленность, 1994, № 12, с. 18-19.

70. Behrnes W., Hawranek P.M. Manual for the Industrial Feasibility Studies. -UNTOO, Vienna, 1991.

71. Меркин P.M., Смоляк C.A. Пособие по расчётам экономической эффективности прикладных научных исследований в газовой промышленности, М.: 1999, 94 с.

72. Жидков М.А., Овчинников В.П., Комарова Г.А. Термодинамическая эффективность промышленной вихревой трубы. // Газовая промышленность, 1997, № 12, с. 54-56.

73. Алексеев В.П., Азаров А.И., Анисимов А.В., Симоненко Ю.М. Вихревые трубы с внутренним оребрением горячего конца. //В кн.: Материалы II Всесоюзной научно-технической конференции «Вихревой эффект и его применение в технике», Куйбышев, 1976, с. 113-118.

74. Бобков А.Б. Экспериментальное исследование охлаждаемой вихревой трубы с периферийными каналами. // В кн.: Материалы V Всесоюзной научно-технической конференции «Вихревой эффект и его применение в технике», Куйбышев, 1988, с.20-23.

75. Курган А.А. Некоторые результаты экспериментального исследования вихревой трубы с испарительным охлаждением. // В кн.:

76. Материалы III Всесоюзной научно-технической конференции «Вихревой эффект и его применение в технике», Куйбышев, 1981, с. 112-115.

77. Отраслевой стандарт ОСТ 51.40-93. Газы горючие, природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам, 1993.

78. Бараз В.И. Добыча, подготовка и транспорт нефтяного газа. М: «Недра», 1975, 157 с.

79. Баранов В.А. и др. Экспериментальное исследование влияния числа Рейнольдса на энергоразделение в вихревой трубе. Труды II Всесоюзной научно-технической конференции. Процессы горения и окружающей среды». Рыбинск, 1997, с. 16-19.

80. Материалы V Всесоюзной научно-технической конференции «Вихревой эффект и его применение в технике», Куйбышев, 1988.

81. Емин О.Н., Зарицкий С.П. Способ охлаждения газа. // Авторское свидетельство СССР № 259915.

82. Емин О.Н., Зарицкий С.П. Воздушные и газовые турбины с одиночными соплами. // М, 1975, 216с.

83. Емин О.Н., Зарицкий С.П., Моравский А.В. Экспериментальное исследование работы эжекторов на режимах с отрицательным значением коэффициента эжекции. // Теплоэнергетика, 1972, № 10, с. 51-53.

84. Столяров А.А. О механизме энергоразделения в газовом эжекторе. // Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, 1977, № 6, с. 145151.

85. Столяров А. А. Об инверсных явлениях при энергоразделении в газовом эжекторе. // Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, 1976,

86. Sprenger H.S. Uber thermische Effekte in Resonanzrohren. -Mitteilungen aus dem Institut fur Aerodynamik, E.T.H. Zurich, 1954, № 21, p. 18-35.

87. Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? // М.: «Энергия», 1976, 153 с.

88. Бобров Д.М., Лаухин Ю.А., Сиротин A.M., Эрсмамбетов В.Ш. Волновой детандер расширительная холодильная машина нового типа. // Химическое и нефтяное машиностроение, 1995, № 12, с. 22-23.

89. P.Marchal, J.Simomet, J.Yemen. Gas-cooling system and its uses. // Пат. 3653225 (США), 1972.

90. Медников Е.П., Сиротин A.M. Влияние акустических колебаний на процесс низкотемпературной сепарации природного газа. // Газовая промышленность, 1965, № 10, с. 16-21.

91. Ахмедов Р.Б. и др. Аэродинамика закрученной струи. // М, Энергия, 1977,238 с.

92. Леонтьев А.И. Способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба Леонтьева). // Патент Российской Федерации № 2106581.

93. Леонтьев А.И. Температурная стратификация сверхзвукового газового потока. // Доклады Академии наук, 1997, т.354, № 4. с. 475-477.

94. Леонтьев А.И. Газодинамический метод энергоразделения газовых потоков, // Теплофизика высоких температур, 1997, т.35, № \ус. 157-159.

95. Пиралишвили Ш.А. Вихревой эффект. // Изв. АН, Энергетика, 2000,'№5, с. 137-147.

96. Лукачев С.В. Исследование неустойчивых режимов течения газа в вихревой трубе Ранка.//ИФЖ, 1981, т.41, № 5, с. 115-122.