Сұйықтардың изотермиялық емес қозғалысы кезінде құбырларды есептеу
Тәжірибеде (практикада), қоршаған ортада жылуын жоғалтатын немесе әртүрлi пештерде қыздырылатын сұйықтар ағынымен жұмыс iстеуге тура келедi.
Құбырдағы сұйықтың температуралық өрісінің сипаты оның ағын режиміне толық тәуелді болады. Температураның төмендеуiне байланысты мұнайдың тұтқырлығы арта түседi, ал олай болса, оны құбырлармен тасымалдау кезінде гидравликалық кедергiсi де өсе түседi. Құбыр өсіне қарағанда, оның қабырғасына таяу (жақын) сұйық ағынының температурасы төмен болады. 6.4.Суретте температураға байланысты құбырдағы сұйықтың ағын жылдамдығының таралуы көрсетілген.
| 6.4. Сурет. Мұнай температура-сының оның құбырдағы ағын жылдамдығының таралуына әсері. 1- мұнайдың изотермиялық ағыны; 2- тұтқыр мұнайдың қыздырылуы; 3- тұтқыр мұнайдың салқындауы. |
Ұңғыдан түсетiн (келетін) мұнайдың температурасы көптеген факторларға: ұңғы тереңдiгiне, оның шығымына, геотермиялық градиентке, газ факторына, сулану дәрежесiне және басқа да жағдайларға байланысты болады. Бұл есеп жүргiзуде қиындық тудырады. Осыған байланысты жинау жүйесін жобалау барысында: кен орны ауданындағы жылдық ауа температурасын, топырақтың қату (тоңының) тереңдігін, ұңғылар шығымын, ұңғылар сағасындағы температураны ескере отырып өнімнің сулану дәрежесін талдай отырып, сондай-ақ сағалық және жолшыбай орнатылатын қыздыру пештерін қолдана отырып құбырларды төсеудің тиімді вариантын табады. Экономикалық факторларды да ескерген жөн, яғни мұнай құбырын төсеу тереңдігін азайтқан кезде жер жұмыстарының құны тез қысқарып және ақау орнын табу және оны жою жеңілдейді.
Мұнайдың бастапқы және ақырғы (соңғы) температуралары мен қоршаған ортаның температурасы арасындағы байланысты В.Г.Шуховтың 1883ж. шығарған формуласы бойынша анықтайды:
(6.21)
мұнда tн, t k – құбырдың бастапқы және ақырғы температурасы;
t0 - қоршаған ортаның температурасы; l - құбырдың ұзындығы;
а - Шуховтың критериi, ол былай анықталады:
мұнда D - құбырдың сыртқы диаметрi, м; K – сұйықтың қоршаған ортаға жылубергiштiгінің толық коэффициентi, Вт/м2×0С (есептеу барысында
K=128 деп қабылдаймыз); Q – сұйықтың көлемдiк шығыны, м3/с;
- сұйықтың тығыздығы, кг/м3; С - сұйықтың жылусыйымдылығы, кДж/кг×0С (мұнай үшін С=2,09, су үшін С=4,19). Осылайша, l=х қашықтықтағы құбырдағы температураны анықтауға болады:
(6.22 )
Бақылау сұрақтары:
1. Құбырларды таңдау қандай факторларға тәуелді болады ?
2. Құбырларды төсеу кезінде жұмыс тәртібі қалай жүргізіледі?
3. Қарапайым құбырлардың гидравликалық есебінде қандай параметрлер анықталады.
Апта.
Дәріс. Көлденең және көлбеу орналасқан құбырлардағы газдысұйық ағындарының үлгілі құрылымдары. Құбырлардың, олардың бойымен мұнайгаз қоспалары қозғалған кездегі гидравликалық есебі.
Мұнай кен орындарында төселген мұнай құбырларының көпшілігінде мұнайға толу қимасы сирек болады, себебі құбыр көлемінің бір бөлігін газ толтырады. Есептеудің қиындығы мынада: газ-сұйық ағынында әртүрлі тығыздық пен тұтқырлық әсерінен фазалардың салыстырмалы қозғалысы, яғни фазалардың сырғанауы орын алады. 6.1-суретте көлденең құбырлардағы газ-сұйық ағынының кейбір құрылымдары көрсетілген.
|
| 6.1. Сурет. Көлденең құбырлардағы газ-сұйық ағындардың кейбір құрылымдары. а- құбырдың жоғарғы жағында бөлек газ көпіршіктері бар ағын; б- газ тығындары түзілуінің бастапқы кезіндегі ағын; в- қабатталған ағын; г- толқынды ағын; д- тығынды ағын; е- эмульсиялы (ұялы) ағын; ж- пленкалы ағын. |
Қазіргі кездегі газ-сұйық қоспасының қозғалысы кезіндегі құбырлар желісін есептеудің көптеген әдістемелері күрделі және барлық жағдайда сенімді нәтиже бермейді. Соңғы әдістемелердің бірі [18]-де көрсетілген, бұл жерде оның оңайлатылған нұсқасы келтіріледі.
Егер құбырлар бойымен газ-сұйық қоспасы қозғалған кезде инерциялық шығындарды ескеретін болсақ, онда есептік теңдеуді мына түрде жазуымызға болады:
(6.10)
мұнда, r(b)- шығын параметрлері бойынша анықталатын қоспаның тығыздығы:
(6.11)
b- ағын құрамындағы көлемді газ шығыны
; (6.12)
rж- сұйықтың тығыздығы, rГ – құбырдағы орташа термодинамикалық жағдай кезіндегі газдың тығыздығы;
w- қоспаның орташа жылдамдығы: 
;
lсм- қоспаның қозғалысы кезіндегі гидравликалық кедергі коэффициенті, 
,
l - сұйықтар үшін гидравликалық кедергі коэффициенті, ол ағын режиміне байланысты (6.6) және (6.7) формулалары бойынша есептеледі. Рейнольдс санын мына формула бойынша есептейміз:
;(6.13)
y - қоспаға арналған түзету коэффициенті, ол ағын құрамындағы көлемді газ шығынына- b және Кутателадзе критериіне –K байланысты анықталды:
(6.14)
(6.15)
мұнда, Fr- Фруд саны, 
;
We- Вебер саны, 
;
Dr=rж - rг ;
s - фазалар бөлімі шекарасындағы беттік керіліс;
hві және hні – құбырлардың түсетін және көтерілетін участкілерінің сәйкес биіктіктері;
rві және rні - құбырлардың түсетін және көтерілетін участкілеріндегі сұйықтардың сәйкес айқын тығыздықтары;
, 
, (6.16)
jв және jн - құбырлардың түсетін және көтерілетін участкілеріндегі айқын газ құрамы, ол газдысұйық ағынының тұрақтылық санының функциясымен анықталады, оны Кутателадзе критериі деп атайды:
(6.17)
Бұл формуладағы теріс (минус) таңба мына жағдайда қолданылады:
Егер 
болса.
Көтерілетін участкідегі құбырлар үшін d=+1, ал төмен түсетін құбырлар үшін d = -1 және көлденең (горизонталды) жатқан құбырлар үшін d=0.