Абаттардан мұнайды ыстық сумен және бумен ығыстыру

Температураның артуымен мұнай мен су тұтқырлықтары азаяды. Егер кәдімгі қабаттық жағдайларда мұнайдың тұтқырлығы судың тұтқырлығынан айтарлықтай артық болса, бұл жағдайда судың тұтқырлығы айтарлықтай төмендейді. Мұнай мен судың қозғалыстарының қатынасы жақсы жаққа қарай өзгереді. Бұл экспериментті орнатылған факт – мұнайбергіштікті арттыру мақсатында тұтқырлығы жоғары мұнайлы қабатқа жоғары температурадағы су айдау немесе сулы бу айдауды қолданудың негізгі себебі. Сонымен қатар, қабатқа ыстық су немесе сулы бу айдау кезінде сәйкес жағдайларда мұнайдан көмірсутектердің жеңіл фракциялары бөлініп, жер қойнауынан мұнайдың алынуын арттыра отырып бу және су ағыстарымен қабат бойынша өндіруші ұңғымалар түптеріне қарай жылжиды.

Ыстык су мен буды жоғары қысым парогенераторларында (қазандарда) алады және арнайы конструкциясы бар айдау ұңғымалары арқылы жоғары қысымдар мен температураларда жұмыс істеуге арналған арнайы жабдықпен қабатқа айдайды.

Қабатқа ыстық су және сулы бу айдауды жобалау және жүзеге асыру кезінде судың термодинамикалық күйін білу маңызды: сұйық, бу түріндегі, су мен будың қоспасы немесе критикалық күйдегі қоспасы.

Мұны су үшін қанығу сызығы судың сұйық немесе бу фазаларында болу облыстарын бөліп тұратын - диаграммасының көмегімен білуге болады. Сонымен қатар критикалық зона нүктемен сипатталады. Су үшін Егер судың қысымы мен температурасы ол мәндерге сәйкес келетін нүкте бұл диаграммада қанығу сызығында болатындай болса, онда су бір уақытта бу тәрізді және сұйық фазаларда келеді. Судың бірлік массасында судың қандай мөлшері сұйық және бу күйінде болатыны судың бірлік массасындағы жылу мөлшеріне байланысты. Егер будың қысымы мен температурасы қанығу сызығындағы қысым мен температураға сәйкес келсе, бу қаныққан деп аталады. Қанығу сызығының үстінде судың күйі тек сұйық болады, ал оның астында – тек қыздырылған бу түрінде болады.

Судың белгілі бір мөлшері қанығу сызығына сәйкес күйде болсын. Бұл көлемде бу массасы М_П, ал сұйық су массасы М_в болсын. Онда

(1)

Мұндағы будың құрғақтығы. Егер судың термодинамикалық күйі қанығу сызығы үстіндегі нүктелерге сәйкес келсе, ол нөлден бастап өзгереді, яғни су 100% дейін қыздырылған бу болатын сұйық болып табылады.

Су үшін -диаграммасында қанығу сызығын келесі қарапайым тәуелділікпен жуықтау қабылданған:

(2)

мұндағы -қанығу сызығындағы қысым, МПа; Т- температура, К.

(2) формула бойынша судың критикалық күйін сипаттайтын нүктеге жақын қателігі бар қанығу сызығындағы қысымды алады.

Әрі қарай ыстық су мен буды мұнайлы қабаттарға өнеркәсіптік масштабтарда айдалатын жылу тасымалдағыштар деп атаймыз.

Мұнайды жылу тасымалдағыштармен ығыстыру процесінің маңызды сипаттамасы – қабаттық температура мен оның таралуы. Қабатқа жылу тасымалдағыш айдау кезінде қабаттағы температура ауданын жылу ауыстыру теңдеуі негізінде есептейді. Сонымен қатар ыстық су қабатқа Т_ПЛ бастапқы температурамен айдалады деп санаймыз.

Сонымен түзу сызықты біртекті қабатқа галерея арқылы температурасы Т₁ және шығыны q ыстық су айдалады. Сәйкесінше, қабатқа кіре берісте әрдайым температуралар төмендеуі болады. Көлденең бағыттағы қабаттың жылу өткізгіштігін ескермейміз, бірақ өткен параграфта қарастырылған жылудан оқшауланған қабаттан айырмашылығы қабаттың жабыны мен табанына жылудың тігінен кетуін ескереміз. Бұл жағдайда жылу алмасу процесі келесі теңдеумен сипатталады

(3)

Ауыспалы температура жағдайында Дюамель интрегралын пайдаланамыз. Нәтижесінде аламыз

(4)

Қабаттағы температуралық алаңды есептеудің бұл есебі Ловерье есебі деп аталады. Оны Лаплас заңын қолданып шешеді, оған сәйкес функциясы келесідей енгізіледі

(5)

(5) – ті (3) пен (4) – ке қойғаннан кейін келесі дифференциалдық теңдеуді аламыз:

(6)

(6) теңдеуді шекті және бастапқы шарттарды егер х=0 болса, , кезінде ескеріп шешкенде:

(7)

функциялары - оригинал функциясының Лаплас бойынша суреті.

Суреттен оригиналға өткен кезде

(8)

(8) – ден көріп тұрғанымыздай, және және

Қабаттан мұнайды ыстық сумен ығыстыру процесінің есебін ықшамдауға жылулық фронтының мұнайды сумен ығыстыру процесінің фронтынан қатты артта қалу жағдайы әсер етеді. Сондықтан қабаттың бір бөлігін алып жататын қыздырылған облыс мұнайы ығыстыру барысында қабаттық температураға қарағанда тезірек өзгереді деп санауға болады. Осыны ескеріп қыздырылған облыстың әрбір қимасында қалдықты мұнайға қанықтылық берілген температураға және берілген температуралар төмендеуіне сәйкес келетін шекті қалдықты мұнайға қанықтылыққа тең деп болжауға болады. Бұл болжам тәуелділік туралы тәртіпке парапар.

(9)

Мұндай тәуелділік бар деп есептеуге болады, себебі бірнеше рет ыстық сумен шаю кезінде соңғы мұнайбергіштік коэффициенті оның температурасына тәуелді екені дәлелденген. Ыстық сумен ығыстырылатын мұнайдың температурасын арттыра отырып, қабаттан мұнайдың алынуын арттыруға болады. (9) – ға (8) формуламен анықталатын шамасын қойып, қыздырылған облыстағы қалдықты мұнайға қанықтылықтың таралуын аламыз.