Теплопередача в технологических процессах нефтяной и промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПРЯМОТОЧНОГО ПАРОВОГО КОТЛА ПЕРЕДВИЖНОЙ ПАРОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

1.1 Исходные данные

1.2 Располагаемая теплота топлива

1.3 Теплота полезно используемая в котлоагрегате

1.4 Потери теплоты q₂ в с уходящими газами

1.5 Потери теплоты q₃ от химической неполноты сгорания топлива

1.6 Потери теплоты q₄ от механической неполноты сгорания топлива

1.7 Потери теплоты q₅ в окружающую среду

1.8 Ответ на теоретический вопрос

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ НАЗЕМНОГО ПАРОПРОВОДА

2.1 Исходные данные

2.2 Допустимые тепловые потери при наличии изоляции

2.3 Потери тепла с одного погонного метра трубопровода

2.4 Расчет изоляции

3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ ПРИ ЗАКАЧКЕ ГОРЯЧЕГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

3.1 Исходные данные

3.2 Схемы оборудования для нагнетания пара

3.3 Изменение температуры теплоносителя на участке скважины х₁ - х₂

3.4 Изменение температурного поля в радиальном направлении

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Теплотехника - наука, объектом исследования которой является теоретические и практические методы и конструктивное оформление получения, преобразования, передачи и использования теплоты.

Человек использует теплоту во всех областях своей деятельности. Установление рациональных способов его использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов невозможно без знания теоретических основ теплотехники. Теплота используется человечеством по двум принципиально различным направлениям: энергетическом и технологическом. При энергетическом использовании, теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в генераторах создается электрическая энергия, удобная для передачи на расстояние. Теплоту при этом получают сжиганием топлива в котельных установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания. При технологическом - теплота используется для направленного изменения свойств различных тел (расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, физических, химических свойств).

1. СОСТАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПРЯМОТОЧНОГО КОТЛА ПЕРЕДВИЖНОЙ ПАРОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Составить и начертить схему теплового баланса прямоточного парового котла передвижной парогенераторной установки, паропроизводительностью D_п.п, работающей на топливе заданного состава. Давление перегретого пара Р_п.п, температура перегретого пара t_п.п, температура питательной воды t_п.в, температура окружающей среды t_в. Температура уходящих газов t_ух, коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом _ух.

1.1 Исходные данные

Марка топлива	C
Температура топлива	tT = 81 °C
Расход топлива	B = 100 кг/ч
Паропроизводительность	Dпп = 1 т/ч
Давление перегретого пара	Рпп = 8 МПа
Температура перегретого пара	tпп = 310°С
Температура питательной воды	tпв = 15°С
Температура окружающей среды	tв = 15°С
Температура уходящих газов	tух = 160°С
Коэффициент избытка воздуха	б =1,36
Номер теоретического вопроса	№ 1

1.2 Определяем располагаемую теплоту топлива

где - располагаемая теплота топлива;

Q₁ - теплота, полезно использованная в котлоагрегате на получение пара;

Q₂ - потери теплоты с уходящими газами;

Q₃ - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива;

Q₄ - потери теплоты от механического недожога топлива;

Q₅ - потери теплоты в окружающую среду через ограждение топки и конвективные газоходы.

Располагаемое количество тепла, вносимое в топку , складывается из низшей теплотворной способности топлива и физического тепла топлива :

где - низшая теплота сгорания топлива, определяемая по формуле

Для мазута малосернистого элементарный состав определяем в процентах (табл. 6 приложение):

С^р - 83,0%; Н^р - 10,4%; О^р - 0,7%; ; W^p - 3%

Физическая теплота топлива определяется по формуле:

где с_m - теплоемкость топлива, для жидкого топлива: c_m=2,1кДж/кг•С

t_m - температура топлива, ^оС (исходные данные).



Располагаемая теплота топлива:

1.3 Теплота полезно используемая в котлоагрегате

Расходы на получение пара:

где D_пп=1000, - паропроизводительность котельного агрегата пара (исходные данные), кг/с;

В =100 - расход натурального топлива, кг/с (исходные данные).;

i_пл, i_пв - соответственно энтальпии перегретого пара и питательной воды, кДж/кг

где массовая изобарная теплоемкость питательной воды с_р = 4,19кДж/кг•С

Определяем энтальпию перегретого пара P_пп=8 МПа; t_пп=310^оС:

Теплота q₁ (%) полезно используемая в котлоагрегате численно равна коэффициенту полезного действия q₁ = з_к.а., где з_к.а - к.п.д. котельного агрегата:

1.4 Потери теплоты q₂ в (%) с уходящими газами

Найдем методом интерполяции значения объемных энтальпий , и для 1 м³ газа:

Теоретический объем воздуха V⁰, необходимый для сгорания 1кг топлива:

Объем водяных паров Vн₂o:



Объем азота V_N2 :

Объем трехатомного газа V_СO2 :

Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания I_r⁰ при t_ух =165°C:

Энтальпия продуктов сгорания I_уx при температуре уходящих газов t_ух =175 °C (исходные данные):

Энтальпию воздуха при б = 1 и t_ух определяем по формуле:

Значение энтальпий воздуха i_в, для 1 м³ воздуха находим по справочным данным в зависимости от температуры t_ух воздуха (таблицы 2, Приложение).

Находим методом интерполяции:



Энтальпию холодного воздуха определяем по формуле:

где с_рв - средняя объемная изобарная теплоемкость воздуха (при температуре воздуха до 300 ⁰С равна 1,33кДж/(м³ЧК)).

1.5 Потери теплоты q₃ от химической неполноты сгорания топлива

Потери теплоты q₃ (%) от химической неполноты сгорания топлива определяются содержанием в продуктах горения СО и принимаются в зависимости от вида топлива и типа топки согласно таблиц, так как в нашем случае горит мазут малосернистый, то потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива будут ровны:

1.6 Потери теплоты q₄ от механической неполноты сгорания топлива

Потери теплоты q₄ от механической неполноты сгорания топлива складываются из трех составляющих: потерь теплоты топлива со шлаком, потерь теплоты с провалом топлива под колосниковую решетку и потерь теплоты с частичками топлива, уносимыми уходящими газами, и также принимаются в зависимости от вида топлива и типа топки согласно таблиц 7,8 приложения.

1.7 Потери теплоты q₅ в окружающую среду

Потери теплоты q₅ в окружающую среду зависят от размеров поверхности котлоагрегата, качества обмуровки и тепловой изоляции. В данном случае:

По полученным данным можно начертить схему рассчитанного теплового баланса:

Рисунок 1 - Схема теплового баланса

1.8 Ответ на теоретический вопрос - Что называют вторичными энергоресурсами (ВЭР)? По каким признакам классифицируют ВЭР? Каковы источники ВЭР и их использование? Какова роль ВЭР в топливно - и теплопотреблении страны?

1.8.1 Что называют вторичными энергоресурсами (ВЭР)?

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) -- это энергия различных видов, покидающая технологический процесс или установку, использование которой не является обязательным для осуществления основного технологического процесса. Экономически она представляет собой побочную продукцию, которая при соответствующем уровне развития техники может быть частично или полностью использована для нужд новой технологии или энергоснабжения других агрегатов (процессов) на самом предприятии или за его пределами.

1.8.2 По каким признакам классифицируют ВЭР?

При употреблении энергии и материалов в технологических процессах, на вспомогательные нужды или в сфере услуг потенциал энергоносителей используется не полностью. Та часть энергии, которая прямо или косвенно не используется как полезная для выпуска готовой продукции или услуг, называется энергетическими отходами. Общие энергетические отходы равны разности между энергией, поступающей в технологический аппарат, и полезно используемой энергией.

Общие энергетические отходы разделяют на три вида:

1) неизбежные потери в технологическом агрегате или установке;

2) энергетические отходы внутреннего использования, которые возвращаются обратно в технологический агрегат (установку) за счет регенерации или рециркуляции и в результате этого сокращают количество подведенной первичной энергии при неизменной величине поступления энергии в технологический агрегат;

3) энергетические отходы внешнего использования, представляющие собой вторичные энергетические ресурсы (ВЭР), энергетический потенциал отходов продукции, побочных и промежуточных отходов, образующихся в технологических установках (системах), который не используется в самой установке, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других установок.

Технологический агрегат или установка, являющаяся источником отходов энергии, которую можно использовать как полезную, называется агрегатом - источником или установкой - источником ВЭР.

Выработка энергоносителей (водяного пара, горячей или охлажденной воды, электроэнергии, механической работы) за счет снижения энергетического потенциала носителя ВЭР осуществляется в утилизационной установке.

Энергетический потенциал отходов и продукции классифицируется по запасу энергии в виде химически связанной теплоты (горючие ВЭР), физической теплоты (тепловые ВЭР), потенциальной энергии избыточного давления (ВЭР избыточного давления). Потенциал горючих ВЭР характеризуется низшей теплотой сгорания Q_n , тепловых - перепадом энтальпий h, избыточного давления работой изоэнтропного расширения L. Во всех случаях единицей измерения энергетического потенциала является кДж/кг, или кДж/м³.

ВЭР могут применяться по следующим направлениям:

1) топливному - с использованием не пригодных к дальнейшей переработке горючих отходов в качестве топлива;

2) тепловому (холодильному) - с использованием теплоты отходящих газов печей и котлов, теплоты основной, промежуточной и побочной продукции, отработанной теплоты горячих воды, пара и воздуха и ВЭР избыточного давления;

3) силовому - с использованием механической и электрической энергии, вырабатываемой за счет ВЭР;

4) комбинированному - для производства теплоты (холода), электрической или механической энергии.

1.8.3 Каковы источники ВЭР и их использование?

Основными источниками тепловых ВЭР в различных отраслях промышленности выступают технологические агрегаты, как правило, недостаточно совершенные с энергетической стороны. Особенно неблагоприятны с точки зрения использования теплоты сгорания топлива нагревательные и термические печи (их тепловой КПД равен 12-18%), вагранки чугунолитейных цехов (теплопотери с газами превышают 50-60%), паровые котлы низкого давления (КПД порядка 50%), паровые молоты кузнечных цехов (КПД не более 2-5%) и др.

1.8.4 Какова роль ВЭР в топливно- и теплопотреблении страны?

В структуре приходной части баланса тепла основной источник теплоснабжения - электростанции Минэнерго СССР. Долевое же участие утилизационных установок в структуре производства тепла для покрытия тепловой нагрузки отрасли с учетом выдачи тепла на сторону составляет в среднем 7,5%. Участие тепловых ВЭР в структуре производства тепла и в покрытии тепловой нагрузки для отдельных предприятий различно. Для предприятий нефтеперерабатывающей промышленности формирование тепловой нагрузки и расход пара зависят от их мощности, схем и направления переработки нефти, количества технологических установок, от термодинамических факторов технологических процессов и от объема общезаводского хозяйства, потребляющего пар. На нефтеперерабатывающих заводах пар давлением от 0,3 до 10 МПа расходуется на привод паровых турбин компрессоров, на нагрев нефтепродуктов, в технологических установках первичной и вторичной переработки нефти, на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. На отопление, вентиляцию и обогрев спутников продуктопроводов используется также горячая вода с температурой 150/70°С. Основная часть тепловой нагрузки формируется на основе расхода пара на технологические нужды установок первичной и вторичной (деструктивной) переработки нефти. При этом структура потребления энергии по технологическим процессам переработки нефти характеризуется следующими данными: первичная переработка 46%, термический крекинг 6,7, каталитический крекинг 8,9, каталитический риформинг и гидроформинг 11, производство масел 23,7, коксование 1,5, пиролиз 0,7, производство катализаторов 1,5%. 

Для подогрева шлама и мазута используется пар давлением 0,5 - 0,8 МПа. Максимальная тепловая нагрузка отдельных цементных заводов составляет от 25 до 130 ГДж/ч. Для отдельных предприятий цементной промышленности характерен высокий удельный вес ВЭР в покрытии суммарной тепловой нагрузки.

тепловой паровой энергоресурс потери

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ НАЗЕМНОГО ПАРОПРОВОДА

Для подачи пара имеется паропровод диаметром D_нар/D_вн и длиной L. Начальная температура пара t₁ при давлении Р₁. Требуется рассчитать д_из изоляции так, чтобы у потребителя температура пара была не ниже t₂ при Р₂, если температура окружающей среды ф₀, скорость протекания пара w.

2.1 Исходные данные

Внутренний диаметр паропровода	Dвн =160 мм
Наружный диаметр паропровода без изоляции	Dнар= 170 мм
Скорость движения пара	w = 10 м/с
Количество арматурных соединений	n = 3 шт
Вид изоляции	Совелит В
Коэффициент теплопроводности изоляции	0,068 + 0,00016
Длина паропровода	L = 175 м
Начальная температура пара	t1= 350 °C
Конечная температура пара	t2 = 300 °C
Начальное давление пара	P1 = 1,5 МПа
Конечное давление пара	Р2 = 1,2 МПа
Температура окружающей среды	ф0 = 20 °С

2.2 Допустимые тепловые потери при наличии изоляции

Тепловые потери в наземных паропроводах достигающие 5 - 6 % от общего количества транспортируемого тепла понижают температуру теплоносителя. Если потери велики, требуется дополнительный расход топлива. Зависят теплопотери от физических свойств теплоизоляции, перепада температур между теплоносителями и окружающей средой, от наличия соединительных фланцев, задвижек и других деталей, которые невозможно покрыть равномерным слоем тепловой изоляции

Для расчета тепловой изоляции применяются обычные формулы теплопередачи.

При расчете изоляции следует придерживаться следующего порядка. Сначала устанавливаются допустимые тепловые потери объекта при наличии изоляции. Эти потери определяются, исходя из технических условий процесса.

Если теплоноситель - пар с массовым расходом G_p (расчетные данные), то тепловые потери Q можно определить исходя из заданного падения температуры и давления пара по диаграмме i-S или по справочным данным для определения изменения энтальпии пара Дi.

где Дi - изменение энтальпии пара (определяется по таблице 4 приложения [2] в зависимости от параметров пара на входе и выходе).

Определим энтальпию пара на входе при Р₁=1,5 МПа; t₁=350^oC:

Определим энтальпию пара на выходе при P₂=1,2МПа; t₂=300^oC:

Удельный объем пара V_ср выбирается по диаграмме i-S или по справочным данным (таблицы 4, см. приложение), по средней температуре пара и среднему давлению пара.

Определим удельный объем пара V_ср методом интерполяции при

P_ср=1,35 МПа; t_ср=325^оС:

Удельный вес пара:

Расход пара:

Изменения энтальпии пара Дi = i₁ - i₂ (выбирается по диаграмме i-S или по справочным данным в зависимости от параметров пара на входе и выходе).

Тепловые потери Q:

2.3 Потери тепла с одного погонного метра трубопровода

Потеря тепла одним вентилем или задвижкой эквивалентна потере тепла трубопроводом длиной L₁ = 6м. Если количество арматурных соединений n, то допустимые потери с одного погонного метра длины паропровода:

Теплопередача от пара, движущегося по паропроводу, в окружающую среду складывается из трех последовательных процессов:

- переноса тепла вынужденной конвекцией от движущегося пара к внутренней металлической стенке паропровода (характеризуется коэффициентом теплоотдачи б₁);

- переноса тепла за счет теплопроводности через металлическую стенку трубы паропровода и слой изоляции;

- переноса тепла свободной конвекцией от наружной поверхности изоляции паропровода в окружающую среду характеризуется коэффициентом теплоотдачи б₂).

2.4 Расчет изоляции

При расчете изоляции термическими сопротивлениями теплоотдачи от пара к стенке и самой стенки трубы можно пренебречь. Тогда температуру изолируемой поверхности можно принять равной максимальной температуре пара, при этом берется начальная температура пара.

Затем, зная сорт изоляции (согласно условиям задания) и, задаваясь температурой на наружной поверхности изоляции, определяют среднюю температуру изоляционного слоя :

По из таблицы 1 приложения находится соответствующее значение коэффициента теплопроводности л_из. Зная температуры на поверхности изоляции и под изоляцией , а также коэффициент теплопроводности л_из, можно определить толщину изоляции д_из:

При проверочных расчетах коэффициент теплоотдачи в окружающую среду б₂, для паропроводов рассчитывается по критериальным уравнениям для свободной конвекции. Определяющая температура - средняя температура между выбранной температурой наружной поверхности изоляции паропровода и температурой окружающей среды.

Для расчета a₂ можно воспользоваться упрощенной формулой, учитывающей конвекцию и излучение:

После этого проводится проверочный расчет и определяются значения температуры на наружной поверхности изоляции :



Расхождение температур на 2,0364^оС в допустимом пределе.

3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ В СТВОЛЕ СКВАЖИНИ ПРИ ЗАКАЧКЕ ГОРЯЧЕГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Для интенсификации отдачи нефтяного пласта по теплоизолированным трубам НКТ в течение времени Ж нагнетается насыщенный водяной пар. Рассчитать и начертить график изменения температуры теплоносителя на участке нагнетательной скважины х₁ - х₂ (показать не менее 4 точек).

3.1 Исходные данные

Расход пара G =4, 5 т/ч

Скорость пара по стволу скважины W = 30 м/с

Время закачки пара z = 300 ч=1080000 c

Координаты исследуемого участка скважины х₁ = 200 м - х₂ = 600 м

Геотермический градиент Г = 0,0141°С/м

Температура пара на устье t_1у = 250°С

Среднее давление пара Р_ср = 7 МПа

Средняя температура пара Т_п = 180°С

Внутренний диаметр НКТ d₀ = 79 мм=0,079 м

Толщина стенки НКТ д_нкт = 0,0045 м

Коэффициент теплопроводности материала НКТ л_нкт = 45 Вт/(м·°С)

Толщина изоляции НКТ д_из = 0,0015 м

Коэффициент теплопроводности изоляции НКТ л_из = 0,21 Вт/(м·°С)

Коэффициент эффективности теплопроводности

среды кольцевого пространства л_эф = 20 Вт/(м·°С)

Внутренний диаметр обсадной колонны d_з = 0,158 м

Наружный диаметр обсадной колонны d₄ = 0,198 м

Коэффициент теплопроводности материала обсадной колонны л_ок = 50Вт/(м·°С)

Толщина цементного камня д_ц = 20 мм

Коэффициент теплопроводности породы л_п = 2,2 Вт/(м·°С)

Коэффициент температуропроводности породы a_n= 9,610^-7м²/с

Коэффициент теплопроводности цемента л_ц = 0,36Вт/(м·°С)

Температура нейтрального поля Земли ₀ = 6⁰С

Избыточная температура между температурой стенки трубы НКТ и средней температурой пара t₀ = 10⁰C

3.2 Схема оборудования для нагнетания пара

При расчете тепловых потерь в стволе скважины нужно знать, что при нагнетании высокотемпературных теплоносителей в нефтяной пласт наиболее напряженный тепловой режим характерен для нагнетательных скважин.

Схема оборудования скважины для нагнетания пара представлена на рисунке 2. Нагнетательная скважина (см. рисунок 3) конструктивно представляет собой многослойную цилиндрическую систему, состоящую из насосно-компрессорной трубы 1 с изоляцией 2, обсадной колонны 4, цементного камня 5 и горной породы 6. Кольцевое пространство 3 между трубой НКТ и обсадной колонной может быть заполнено воздухом, жидкостью или другой средой. При нагнетании теплоносителя в пласт значение толщины прогретого слоя горной породы прямопропорционально коэффициенту температуропроводности породы и времени нагнетания теплоносителя.

При подаче высокотемпературного теплоносителя (водяного пара или горячей воды) в скважину теплота передается (рисунок 3):

- от однородного теплоносителя к внутренней поверхности трубы НКТ вынужденной конвекцией (характеризуется коэффициентом теплоотдачи б₁);

- через стенку трубы НКТ теплопроводностью (характеризуется коэффициентом теплопроводности л _нкт);

- через изоляцию стенки трубы НКТ теплопроводностью (характеризуется коэффициентом теплопроводности л _из);

- через среду кольцевого пространства - теплопроводностью и конвекцией, если среда-жидкость или теплопроводностью, конвекцией и излучением, если среда - газ (характеризуется коэффициентом теплопроводности л _эф);

- через стенку обсадной колонны, цементную оболочку и горную породу - теплопроводностью (характеризуется коэффициентами теплопроводности л_ок, л_ц, л_n).

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - обсадная колонна; 2 - нагнетательная колонна; 3 - устьевой сальник; 4 - лубрикатор; 5 - разгрузочная стойка; 6 - паровая передвижная установка (ППУ); 7 - центрирующая шайба; 8 - сальниковая муфта; 9 - термостойкий пакер; 10 - нефтеносный пласт

Рисунок 2 - Схема оборудования скважины для нагнетания пара

Размещено на http://www.allbest.ru/

d₀ = 79 мм

d₁ = 71 мм

d₂ = 75 мм

d₃ = 158 мм

d₄ = 198 мм

d₅ = 245 мм

1 - трубы НКТ; 2 - изоляция; 3 - среда кольцевого пространства; 4 - обсадная колонна; 5 - цементный камень; 6 - горная порода

Рисунок 3 - Схема участка нагнетательной скважины. Водяной пар

3.3 Изменение температуры теплоносителя на участке скважины (200-600)м

Температура пара в любом сечении скважины определяется по формуле:

где ф₀ - температура нейтрального поля Земли, ф₀ = 6°С (исходные данные);

t_1у - температура пара на устье нагнетательной скважины, t_1у = 250?C (исходные данные);

Г - геотермический градиент, Г = 0,0141?C/м (исходные данные);

х - осевая координата сечения скважины, м (задаемся 200м, 300м, 400м, 500м, 600м в интервале 200 - 600м),(исходные данные);

А - (kрd₀) ?(Gс_р), 1/м (расчетные данные);

G - расход пара, кг?с (исходные данные); G =4,5 т/ч = 4,5·10³/3600 = 1,25кг/с;

k - коэффициент теплопередачи, Вт ?(м²?C) (расчетные данные);

d₀ - диаметр трубы НКТ, по которой осуществляется нагнетание пара, м

d₀ - 0,079м (исходные данные).

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по упрощенной формуле для нагнетательных скважин:

где ₁ - коэффициент теплоотдачи от пара к площади внутренней поверхности трубы НКТ, по которой осуществляется нагнетание, Вт/(мград);

д_i - толщина i-го слоя многослойной цилиндрической стенки нагнетательной скважины (исходные данные), м;

д_п - толщина разогретого слоя породы, м;

где а_n - коэффициент температуропроводности породы, м/с²

Z - время закачки пара, с; z = 300 ч =1080000 с;

_i и _n - коэффициенты теплопроводности материала i-го слоя и слоя горной породы, Вт/(мС);

d_mi и d_m.n - средние логарифмические значения диаметров i-го слоя и разогретого слоя породы, м;

Коэффициент теплоотдачи рассчитывается с помощью критериальных зависимостей для случая вынужденной конвекции. Определяющая температура теплоносителя - средняя температура пара (исходные данные). Физические параметры пара выбираются по справочным данным.

а) определим среднее логарифмическое значение диаметров труб НКТ

;

б) определим среднее логарифмическое значение диаметров для изоляции

;

в) определим среднее логарифмическое значение диаметра для кольцевого пространства

;

г) определим среднее логарифмическое значение диаметра для обсадной колонны

;

д) определим среднее логарифмическое значение диаметра для цементного камня

;

е) определим среднее логарифмическое значение диаметра породы

;

Свойства водяного пара в состоянии насыщения при средней температуре пара при t_пара =180°С (таблица 3 приложения):

С_р =2,709 кДж/(кгК) - изобарная теплоёмкость пара;

л=3,26810^-2.Вт/(мград) - коэффициент теплопроводности пара;

н =2,9310^-6 м²/с - кинематическая вязкость водяного пара;

Pr_ж =1,25 - критерий Прандтля

Найдем число Рейнольдса:

Определим число Нуссельта:

При этом температура стенки трубы:

Число Прандтля при t_c=170^oC по таблице 3 приложения Pr_c=1,21.

Коэффициент теплоотдачи составит:

Определим коэффициент теплопередачи:

Для построения графика изменения температуры теплоносителя на участке нагнетательной скважины 200-600 выбираем сечение x_i и определяем для каждого t невозмущённой породы и пара:

х₁ = 200 м ф₁ = 6 + 0,0141 200 = 8,82°С

х₂ = 300 м ф₂ = 6 + 0,0141 300 = 10,23°С

х₃ = 400 м ф₃ = 6 + 0,0141 400 = 11,64°С

х₄ = 500 м ф₄ = 6 + 0,0141 500 = 13,05°С

х₅ = 600 м ф₅ = 6 + 0,0141 600 = 14,46°С

Сведём полученные данные в таблицу

Таблица 1

хi, м	200	300	400	500	600
фi, °С	8,82	10,23	11,64	13,05	14,46
ti, °С	211,967	195,421	180,342	166,611	154,119

где x_i - осевая координата сечения скважины, м;

ф_i - температура невозмущенной породы для каждого сечения, ^оС;

t_i - температура пара в сечении, ^оС

По полученным расчётным данным построим график изменения температуры пара на участке нагнетательной скважины (200-600)м

Рисунок 4 - График изменения температуры пара на участке нагнетательной скважины (200-600)м

3.4 Изменение температурного поля в радиальном направлении

Рассмотрим сечение скважины с координатой х₃=400м; t₃=180,342°С; ф₃=11,64°С.

Суммарное термическое сопротивление в конце зоны теплового влияния определяется по формуле:

Суммарное термическое сопротивление слоёв скважины в зоне теплового влияния до точки, в которой определяется температура, найдём по формуле:

Полное термическое сопротивление:

Температура на границе рассматриваемых слоёв определяется по формуле:

а) Определим термическое сопротивление в конце зоны влияния:

б) Определим термическое сопротивление между слоями цементной оболочки и горной породой:

в) Определим суммарное термическое сопротивление между слоями цементным камнем и обсадной колонной:

г) Определим суммарное термическое сопротивление между слоями обсадной колонной и кольцевого пространства:

д) определим суммарное термическое сопротивление на границе кольцевого пространства и изоляции:

e) определим суммарное термическое сопротивление между НКТ и изоляцией:

ж) определим суммарное термическое сопротивление на границе кольцевого пространства и изоляции:

Полученные данные сводим в таблицу

Таблица 2 - Термическое сопротивление слоев скважины в зоне теплового воздействия

Определяемые границы слоев
В конце зоны влияния	0,08562	11,64
Между горной породой и цементным камнем	0,029806	121,61
Между цементным камнем и обсадной колонной	0,009616	161,39
Между обсадной колонной и кольцевым пространством	0,009438	161,75
Между кольцевым пространством и изоляцией	0,008348	163,89
Между изоляцией и НКТ	0,002043	176,32
С внутренней стороны НКТ	0,001948	176,5

Для построения графика изменения температурного поля в нагнетательной скважине в радиальном направлении, определим радиусы:

По полученным данным построим график изменения температурного поля в радиальном направлении

Рисунок 5 - График изменения температурного поля в радиальном направлении

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теплотехника - наука, объектом исследования которой является теоретические и практические методы и конструктивное оформление получения, преобразования, передачи и использования теплоты.

Человек использует теплоту во всех областях своей деятельности. Установление рациональных способов его использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов невозможно без знания теоретических основ теплотехники. Теплота используется человечеством по двум принципиально различным направлениям: энергетическом и технологическом. При энергетическом использовании, теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в генераторах создается электрическая энергия, удобная для передачи на расстояние. Теплоту при этом получают сжиганием топлива в котельных установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания. При технологическом - теплота используется для направленного изменения свойств различных тел (расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, физических, химических свойств).

Теплотехника является общетехнической дисциплиной при подготовке специалистов технической специальности и состоит из трех взаимосвязанных предметов: технической термодинамики, основ теплопередачи и теплоиспользующих установок.

Инженер в своей практической деятельности имеет дело с различными тепловыми процессами и с их конструктивным оформлением в виде теплотехнического оборудования. Поэтому он должен уметь грамотно и эффективно использовать тепловое оборудование и, как руководитель эксплуатацией энерготехнологических систем производства, заниматься выявлением и использованием вторичных энергоресурсов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Луканин В.Н. Теплотехника. - М.: Высшая школа, 2002.

2. Баскаков А.П. Теплотехника. - М.: Высшая школа, 1991.

3. Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.М. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа, 1979.

4. Поршаков Б.П, Бикчентай Р.Н., Романов Б.А. Термодинамика и теплопередача (в технологических процессах нефтяной и промышленности). - М.: Недра, 1987.

5. Проселков Ю.М. Теплопередача в скважинах. - М.: Недра, 1985.

6. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1973.

7. Панкратов Г.Н. Сборник задач по теплотехнике. - М.: Высшая школа, 1986.

8. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. - М.: Машиностроение, 1969.

9. Учебно-методическое пособие для выполнения курсовой работы студентами по направлению 650700 «Нефтегазовое дело», 2011.

10. Учебно-методическое пособие для выполнения курсовой работы студентами по дисциплине «теплотехника», 2011г.

Размещено на Allbest.ru

...