Осложнения в нефтедобыче

ствующих, данная установка не имеет внешнего защитного кор­ пуса, а магнитное поле создают 312 точечных постоянных магни­ та, закрепленных на шести радиальных ребрах. Благодаря этому установка не создает значительных гидравлических сопротивле­ ний (они много меньше создаваемых компенсатором ГД-51), однако при этом напряженность создаваемого магнитного поля находится в пределах 25-30 кА/м.

8.1.2. Трубопроводные установки УМЖ

Установка для магнитной обработки промысловой жидкости, перекачиваемой по трубопроводам, представляет собой трубу 1 требуемого диаметра (DycraHовки = /)трубопровода), на внутренней поверхности которой находятся постоянные магниты 4 в форме дис­ ков или прямоугольников (рис. 8.3). Магниты располагаются вдоль трубы в ряд на определенном расстоянии друг от друга, образуя ряд контуров по диаметру трубы.

На распорных пластинах 3 смонтирован магнитопровод 2, на котором также закреплены постоянные магниты 4 (магниты рас­ положены вдоль трубы в ряд на определенном расстоянии друг от друга). Рабочие зазоры для прохода воды устроены между

Рис. 8.8. Схема расположения магнитов в установке

Н, А/м

45000

40000

35000

30000

25000

20000

15000

10000

50000

-5000

-10000

-15000

-20000

-25000 -30000 -35000 -40000 -45000

L, м

Рис. 8.9. Вид магнитной установки УМЖ-325 (а) и величина и форма изменения напряженности магнитного поля для установки (б):

1 — магнитопровод; 2 — внутренняя труба; 3 — внешняя труба; 4 — постоянные магниты; 5 — в разрезе Л -А \ 6 — в разрезе Б -Б

Длина установки 0,9 м; магниты располагают по длине уста­ новки одинаковыми полюсами (постоянное магнитное поле); на магнитопроводе магниты направляют противоположными полю­ сами (рис. 8.5). Таким образом, линии магнитного поля направле­ ны перпендикулярно обрабатываемому потоку. Напряженность магнитного поля в центре зазора — 27 кА/м (рис. 8.6).

Для больших диаметров трубопроводов (273-325 мм) уста­ новки для магнитной обработки имеют другой вид, как, напри­ мер, для обработки сточной воды Южно-Ягунского месторожде­ ния (БКНС-3) (рис. 8.7).

тов S = 4dM, м; dM— диаметр магнита, м. При создании перемен­ ного магнитного поля частотой более 50 Гц возникают сложно­ сти, требуются высокие скорости потока либо снижение напря­ женности магнитного поля из-за необходимости применения магнитов малого размера. Если отдельно взятый объем жидкости перемещать вдоль расположенных определенным образом постоян­ ных магнитов, то поток жидкости будет находиться под воздей­ ствием магнитного поля, параметры которого зависят от скоро­ сти движения потока, параметров магнитов, их формы и располо­ жения в пространстве. При этом можно создать условия, когда поток будет обрабатываться постоянным или переменным маг­ нитным полем с заданными параметрами.

Для расчета использованы следующие данные: геометриче­ ские параметры трубопровода и внутреннего магнитопровода, скорость потока жидкости. Скорость V потока жидкости, рассто­ яние X между центрами последовательных постоянных магнитов и частота / (в системе отсчета, связанной с движущейся жидко­ стью) получаемого магнитного поля связаны соотношением

V=Xf. (8.1)

Расчеты проводили для установки, схема которой представле­ на на рис. 8.10.

Жидкость протекает в кольцевом зазоре между двумя концен­ трически расположенными трубами из ферромагнитного матери­ ала, на которых закреплены постоянные магниты. Полученные результаты справедливы для точек, расположенных на линии по­ середине между магнитами, параллельной оси трубы.

Задачу расчета напряженности магнитного поля в установке для магнитной обработки разбивают на две части: 1) расчет поля системы постоянных магнитов; 2) расчет распределения намагни­ ченности металла труб и магнитопровода и вычисление поля, создаваемого металлом.

Величина поля, создаваемого постоянными магнитами, зави­ сит не только от намагниченности магнита, но и от его формы. Проекцию (на исследуемую плоскость) напряженности Н магнит­ ного поля, создаваемого системой постоянных магнитов, можно

пм

Рис. 8.10. Схема установки

найти, направив ось z декартовой системы координат вдоль этой плоскости и затем вычислив интеграл по объему ферромагнетика по следующей формуле

(8.2)

где 1Х, /,,, I, — компоненты вектора I намагниченности;

х, у, z — координаты элемента объема dV ферромагнетика; гх, гу, г: — координаты точки, в которой производят измере-

ние магнитного поля.

Интеграл вычисляют аналитически только для однородно на­ магниченных эллипсоидов и их предельных случаев (бесконечный стержень, бесконечная плоскость). Для вычисления магнитного поля тел любой другой формы нужно использовать численное ин­ тегрирование. В данном случае распределение напряженности магнитного поля вокруг системы постоянных магнитов было рас­ считано методом Монте-Карло [193].

Для расчета постоянные магниты считали идеально магнито­ твердыми, т. е. в них под действием слабых магнитных полей ме­ няется лишь магнитная индукция В, но не намагниченность /.

Магниты можно считать идеально магнитотвердыми, если коэр­ цитивная сила по намагниченности {НСзаметно превосходит на­ пряженность Н , создаваемую в них соседними магнитами. Для данной схемы все современные материалы постоянных магнитов удовлетворяют этому требованию. В то же время сталь, из кото­ рой изготавливают трубы и магнитопроводы, нельзя считать маг­ нитотвердым материалом. Поэтому для стали использовали более сложную и длительную процедуру расчета. Из [194] взяли точки зависимости В от (Н) для литой стали, а после пересчета и учета размагничивающего фактора получили зависимость /(//), кото­ рую и использовали в программе. Так как на любой элемент объе­ ма металла действует не только поле постоянного магнита, но и поле других элементов объема металла, то использовали моди­ фицированный вариант метода релаксации вместе с методом Монте-Карло. Использование других сталей может дать конеч­ ную погрешность не более 10 %.

Врезультате расчетов было выяснено, что форма магнитов

взначительной степени влияет на форму изменения напряженно­ сти магнитного поля (градиент напряженности магнитного поля).

Использование магнитов длиной М с постоянно направлен­ ной полярностью (когда все магниты на одноименной поверхно­ сти в корпусе ориентированы одинаково), расположенных друг

от друга на расстоянии л, приводит к получению при — > 1 пуль-

считать, постоянного магнитного поля.

Материалы магнитов. Для изготовления установок магнит­ ной обработки использованы высокоэнергетические магниты из сплава неодим-железо-бор (Nd-Fe-B). Магниты из данного ма­ териала имеют относительную магнитную проницаемость, рав­ ную единице не только в первом и во втором, но и частично в тре­ тьем квадрантах петли магнитного гистерезиса. Гистерезисные свойства, выгодно отличающие высокоэнергетические магниты, являются следствием основных физических характеристик — вы­ сокого магнитного момента атомов в кристаллической решетке и чрезвычайно больших значений энергии константы кристалло-