9. Гидравлический расчет трубопроводов для нефтяных эмульсий.

Основной задачей, возника-щей при гидрав-ом расчете труб-дов, трансп-щих неф-ные эмульсии, яв-ся определение перепадов давления. Расчетной ф-лой при этом яв-ся ф-ла Дарси-Вейсбаха. Устойчивые высокодисперсные эмульсии ведут себя как однородные ж-ти, и поэ-му гидрав. расчет труб-ов в этом слу-е не отлич-ся от гидрав-го расчета простого нефтепровода. Различие гидродин-го поведения неус-вых и устой-ых эмульсий прояв-ся в эффекте гашения турбулентных пульсаций дисперсионной среды каплями дисперсной фазы. С учетом этого эффекта λ неустой-ых эмульсий опре-ся: λ_э=64/Re_*э,Re 2320, λ_э= , 2320< Re_*э<10⁵, где Re_*э-число Рей-са, опре-мое по ф-ле: Re_*э= , где γ₀ указывает, яв-ся ли неус-вая эмульсия ньютоновской или неньютоновской ж-тью, ее опре-ют по выр-ю: , u= -параметр пластич-ти, w-ср-я скорость течения, ρ_э, μ_э-плотность и вязкость эмульсии; D-внут. Диаметр труб-да; τ₀-допол-ное напр-ние сдвига плотной эмульсии: τ₀=(0,195φ_ф-0,102)σ/d, где σ-межфазное натя-е; d-диа-тр капель; φ_ф-содер-ие дисперсной фазы и эмульсии. Символ γ₁ указывает, прояв-ся ли в потоке неус-вой эмульсии эффект гашения турбулентности, и опре-ся: γ₁= , где d-ср-ний объемно-поверх-ный диаметр капель неустойчивой эмульсии; d=1,4Dwe^0.6; We=σ/ρ_с; ρ_си ρ_ф-плотность дисперсной среды и дисперсной фазы. Снижение давления при преодолении гидродин-го сопро-я при Турбу-ном течении неустой-ых эмульсий в промыс-ых труб-ах зависит от содержания дисперсной фазы в неустойчивой эмульсии. Содержание дисперсной фазы в эмульсии, при котором потери давления будут минимальны, яв-ся оптим-ым. Оптимальное содер-ние дисперсной фазы в неустойчивой эмульсии опред-ют по ф-ле: φ_ф0=0,68-0,4ρ_ф/ρ_с, 0,6< ρ_ф<1.4. важное значение для нефтепромысловой практики имеет опре-е обл-ти, в кото-й перепад давления при течении эмульсии не превышает перепада давления при течении нефти с той же скоростью. Эта обл-ть при 1< ρ_ф/ ρ_c<1.4 описывается ф-лой: ρ_ф=1,2-0,7 ρ_ф/ ρ_с. Т.о., при 0< φ_ф< φ_ф* перепад давления в труб-де меньше, чем для чистой нефти. За пределами этой обл-ти перепад давления для эмульсии превышает перепад давления для чистой нефти.

10. Дифференциальное и контактное разгазирование. Расчет процесса сепарации по закону Рауля-Дальтона.

Контактным называется такой процесс разгазирования нефти, при котором суммарный состав смеси (газ + нефть) во время про­цесса остается постоянным. Образующийся в бомбе РУТ газ все время находится в контакте с нефтью, из которой он выделился.

При дифференциальном разгазировании нефти суммарный со­став фаз непрерывно изменяется, так как образующийся газ выво­дится из системы по мере его выделения. В результате этого нефть обогащается высококипящими компонентами, а с газом отводится наиболее легкая её часть. Поэтому при дифференциальном разга­зировании нефти количество газа всегда получается меньше (кри­вая 2), чем при контактном (кривая 1) (рис. 1.3).

Расчеты разгазирования нефти в сепараторах при небольших давлениях (0,4  0,9 МПа) с достаточной для практических целей точностью можно производить по известному закону Рауля  Дальтона, гласящему, что парциальное давле­ние i-гo компонента в паровой фазе (рy_i) равно парциальному давлению того же компонента в жидкой фазе (x_i p_i),Рy_i = x_i p_i, (1)

где р  общее давление смеси; р_i  давление насыщенного пара i-го компонента над жидкостью в чистом виде; y_i и x_i  мольные концентрации i-го углеводорода соответственно в газовой и жид­кой фазах в долях единицы.

Из уравнения (1) следует, что распределение углеводородов между фазами двухфазной равновесной системы при данной тем­пературе протекает в соответствии с парциальным давлением па­ров углеводородов и их мольными концентрациями. При наруше­нии равновесия в системе, вызванного изменением температуры или давления, начинается перераспределение углеводородов между фазами, которое продолжается до тех пор, пока снова не восстановится равновесное состояние данной системы.

Таким образом, по уравнению (1), зная температуру и дав­ление смеси и концентрацию компонента в одной фазе, можно найти концентрацию этой фазы в другой.

Действительно, пусть имеется состав жидкой фазы х₁ + х₂ + ….. + х_n = 1,

где х₁, x₂ .…. х_n  мольная концентрация компонентов, доли еди­ницы. И пусть давление насыщенных паров компонентов при дан­ной температуре в жидкой фазе равно соответственно р₁, р₂,….., р_n. Тогда общее давление паров такой смеси по закону Рауля  Дальтона будет

Дальтона Рауля

p = p₁ + p₂ + ….. + p_n = x₁ p₁ + x₂ p₂ + …..x_n p_n

или (2)

Данное уравнение называют обычно уравнением начала кон­тактного (однократного) разгазирования. Оно характеризует дав­ление, когда из нефти при данной температуре выделяются газо­образные компоненты.Из уравнения Рауля  Дальтона следует, что если известно общее давление смеси р, то по уравнению (1) можно найти концентрацию всех компонентов, находящихся в равновесном со­стоянии в паровой фазе

(3)

при этом состав паровой фазы считается известным, т. е. у₁ + у₂ + ….. + у_n = 1.

В то же время, если известен состав паровой фазы, то состав жидкости, контактирующей с газом, находят из выражений (4)и т. д.

Складывая концентрации в жидкой фазе, получим (5) Отсюда, если известен состав газовой (паровой) фазы, то об­щее давление смеси будет

(6)

Определив общее давление паров по данной формуле, кон­центрацию компонентов в жидкой фазе можно рассчитать из вы­ражений (4).

Уравнение (6) обычно называют уравнением конца одно­кратного разгазирования (испарения), или уравнением начала однократной конденсации. Оно характеризует величину общего давления насыщенных паров смеси при данной температуре.

Уравнения равновесия (1), начала однократного разгазиро­вания (2), а также конца однократного разгазирования (6) описывают поведение лишь простых углеводородных систем при сравнительно низких давлениях (0,4  0,9 МПа).