Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ предметной области 7
1.1 Общие сведения о компонентном составе и физико-химических свойствах продукции нефтяных скважин 7
1.2 Подготовка нефти к переработке 10
1.3 Механизм формирования и основные методы разрушения нефтяных эмульсий 12
1.4 Способы разрушения нефтяных эмульсий 15
1.5 Устройства, повышающие эффективность обессоливания 22
2 Объекты и методы исследования 26
2.1 Объект исследования 26
2.2 Средства численного моделирования процесса 26
2.3 Средства проектирования геометрической модели смесителя 28
2.4 Теория моделирования 28
2.5 Проведение промышленных экспериментов 29
2.6 Проверка данных на нормальность. 30
2.7 Коэффициенты корреляции. 32
2.8 Метод Вальда. 33
2.9 Выбор метода анализа данных 36
2.10 Среда разработки 37
3 Обоснование выбора конструкции смесителя и моделирование его работы . 38
3.1 Теоретические исследования 38
3.1.1 Классификация закрученных струй. 38
3.1.2 Методы создания закрученных струй и конструкций завихрителей 40
3.1.3 Основные гидродинамические характеристики закрученной струи 44
3.1.4 Конструктивные параметры, характеризующие интенсивность крутки потока
для тангенциального завихрителя 46
3.1.5 Гидродинамическая структура потока в проточной части завихряющих устройств 47
3.1.6 Гидродинамическая структура потока на выходе из устья тангенциального завихрителя 49
3.1.7 Влияние формы устья завихрителя на гидродинамические характеристики струи 52
3.1.8 Влияние крутки на эжекционную способность струи. 55
3.1.9 Основные характеристики турбулентного движения. 5&
3.1.10 Интенсивность турбулентности в струе и влияние на нее турбулизаторов. 57
3.1.11 Турбулизация струи при закручивании 59
3.1.12 Относительная интенсивность турб-ти в сильно закрученных струях 60
3.1.13 Сравнение интенсивности турб-ти в умеренно закрученных струях 66
3.1.14 Средняя частота пульсаций в струях с заверителями различных типов 6%
3.1.15 Длина пути перемешивания и продольный масштаб турбулентности в закрученных струях. 69
3.1.16 Коэффициент турбулентной диффузии в закрученных струях 70
3.1.17 Сравнение средних по сечению турбулентных характеристик закрученных струй 70
3.1.18 Совершенствуемое устройство 71
3.1.19 Обоснование способов совершенствования смесителя 72
3.2 Компьютерное моделирование. 74
3.3 Параметры численного моделирования процесса 78
3.4 Результаты моделирования работы устройства Образец №1. 79
3.5 Результаты моделирования работы устройства Образец №2. 81
3.6 Результаты моделирования работы устройства Образец №3. 82
3.7 Результаты моделирования работы устройства Образец №4. 83
3.8 Результаты моделирования работы смесителя СНВ. 84
3.9 Сравнительный анализ 85
4 Определение рациональных технологических режимов на основании результатов последовательной диагностической процедуры Вальда 87
4.1 Применение метода анализа размерностей 87
4.2 Построение диагностических таблиц. 90
4.3 Результаты процедуры распознавания
4.4 Изменение категории объекта 93
4.5 Анализ результатов численного моделирования процесса 95
4.5.1 Работа устройства в исходном режиме. 96
4.5.2 Работа устройства в измененном режиме.
4.6 Выводы по результатам главы
Заключение 101
- Механизм формирования и основные методы разрушения нефтяных эмульсий
- Средства численного моделирования процесса
- Методы создания закрученных струй и конструкций завихрителей
- Применение метода анализа размерностей
Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время проблема повышения эффективности обессоливания нефти является актуальной по многим причинам.
Во-первых, многие нефтяных месторождений находятся на завершающих стадиях эксплуатации. Особенности технологии добычи приводят к тому, что в процессе эксплуатации скважин значительно увеличивается обводненность добываемой нефти и содержание минеральных солей в пластовой воде.
Во-вторых, уменьшение содержания минеральных солей в сырой нефти увеличивает межремонтный пробег нефтедобывающего и нефтеперерабатывающего оборудования, что является весьма своевременным в условиях интенсификации производства.
В-третьих, рациональное использование промывной воды, сокращает объем сточных вод, следовательно сокращается нагрузка на окружающую среду, что особенно важно в связи переходом на более жесткие экологические стандарты.
Технологический процесс обессоливания предполагает смешение нефти с пресной промывной водой. Известно, что результат обессоливания зависит от того, насколько эффективно была введена промывная вода. Для осуществления интенсивного смешения и диспергирования воды необходимо применять специальные смесители. Если конструкция смесителя и технологический регламент его эксплуатации не обеспечивают достаточный уровень диспергации и смешения, то уменьшается взаимодействие минерализованной и пресной воды, в следствие чего соли плохо вымываются из нефти.
Таким образом, исследования связанные с совершенствованием устройств предварительной подготовки нефти перед обессоливанием своевременны и целесообразны.
Цель работы – повышение качества обессоливания нефти на основе совершенствования технических параметров и технологических режимов смесителей «нефть - вода».
Основные задачи исследований:
1. Анализ существующих способов смешения нефти с промывной водой и обоснование способов совершенствования смесителя «нефть - вода»;
2. Построение трехмерной гидродинамической модели работы смесителя с целью определения рациональных геометрических и гидродинамических параметров;
3. Определение критериев, характеризующих процесс работы устройства для смешения нефти и промывной воды;
4. Построение стохастической модели работы смесителя с целью выявление закономерностей влияния полученных параметров на качество обессоливания и определения рациональных технологических режимов работы;
5. Применение гидродинамической модели работы смесителя для подтверждения стохастической модели и полученных на ее основании технологических режимов работы.
Методы решения поставленных задач
Задачи исследования решались с применением теории моделирования, методов математической статистики и распознавания образов. Для исследований использовались статистические данные и информация, полученная с помощью стандартных средств и методов измерений в условиях промышленной эксплуатации смесителя. Построение трехмерной гидродинамической модели работы смесителя осуществлялось с помощью специализированного пакета FlowVision. Для построения стохастических моделей была разработана компьютерная программа на объектно-ориентированном языке программирования С++. В качестве среды разработки использовалась свободно распространяемая интегрированная среда разработки Qt Creator 1.3.1.
Научная новизна
1. Определены оптимальные технические характеристики устройства, обеспечивающие эффективное взаимодействие нефти с промывной водой;
2. Получены параметры модели процесса в виде безразмерных комплексов и симплексов, характеризующие процесс смешения нефти и воды в смесителе;
3. Разработан программный продукт, позволяющий получать стохастические модели с помощью последовательной процедуры Вальда;
4. В интервалах изменения управляемых параметров процесса обессоливания определены диапазоны значений, обеспечивающие высокое качество обессоливания.
На защиту выносятся:
- технические параметры смесителя, обеспечивающие интенсификацию вихревого турбулентного потока;
- формулировка безразмерных критериев, характеризующих взаимодействие потоков воды и нефти в смесителе;
- стохастическая модель, связывающая безразмерные критерии с результатом обессоливания;
- технологические режимы, позволяющие получать стабильно высокое качество обессоливания;
- результаты численного моделирования структуры потоков в смесителе.
Практическая ценность результатов работы
Показана возможность изучения сложных гидродинамических явлений в смесительных устройствах с помощью современных компьютерных технологий. Применение усовершенствованных технических параметров устройства и полученных технологических режимов работы смесителя на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) показало, что степень обессоливания составляет от 60% до 85% в зависимости от состава исходного сырья (акт внедрения в приложении к диссертации). Создано программное обеспечение позволяющее уточнять режимы работы смесителя.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
I международной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (г.Уфа, 2009 г.);
конференции «Информатика и кибернетика 2009» на кафедре ВТИК УГНТУ (г.Уфа, 2009 г.);
международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (г. Уфа, 2010 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 научных трудах, в том числе в 3 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 105 наименований и 3 приложений. Работа изложена на 106 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц и 52 рисунка.
Механизм формирования и основные методы разрушения нефтяных эмульсий
Обезвоживание и обессоливание нефти затруднено тем, что нефть и вода образуют стойкие эмульсии типа "вода в нефти". Эмульсии представляют собой дисперсные системы двух жидкостей, нерастворимых или малорастворимых друг в друге, одна из которых диспергирована в другой в виде мелких капель (глобул). ч» Яр Т Существует много различных гипотез механизма образования эмульсий [15]. В нашей стране широкие исследования по этому вопросу были проведены академиком П.А. Ребиндером и его школой [16-18]. По характеру дисперсной фазы и дисперсионной среды различают эмульсии двух типов: прямого - эмульсия неполярной жидкости в полярной (Н/В) и обратного - эмульсия полярной жидкости в неполярной (В/Н) [14, 19]. Установлено, что тип образующейся эмульсии в значительной степени зависит от соотношения объемов несмешивающихся жидкостей - обычно дисперсионной средой стремится стать та жидкость, объем которой больше. Однако на практике в силу различных причин (например, наличие и концентрация эмульгирующих веществ, размер глобул дисперсной фазы и т. п.) приходится сталкиваться с существованием эмульсий, содержащих до 90-95 % дисперсной фазы [14, 19]. В процессе смешения жидкостей, способных образовывать эмульсии, одновременно получаются эмульсии двух типов - прямого и обратного. В зависимости от концентрации дисперсной фазы все эмульсии можно разделить на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные [15]. В концентрированных эмульсиях содержание дисперсной фазы составляет обычно более 0,3 %, но может достигать 74 % об. [19]. В большинстве случаев стабильность данных эмульсий определяется наличием на поверхности капель (глобул) дисперсной фазы определенного структурно-механического барьера, препятствующего коалесценции капель при их столкновении. Эмульсии, образующиеся при добыче и подготовке нефти к переработке, относятся преимущественно к эмульсиям этого типа. Из физико-химических свойств нефтяных эмульсий (дисперсность, плотность, вязкость, электропроводность, электрокинетический потенциал) более подробно остановимся на дисперсности эмульсий. Под дисперсностью эмульсии понимают степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсионной среде [14, 19, 22]. Для эмульсий, так же как и для других дисперсных систем (коллоидных растворов и суспензий), дисперсность является одной из основных характеристик, определяющей их свойства. Диаметр диспергиро ванных частиц (глобул) в эмульсиях обычно составляет 0,1-10 мкм. Большинство эмульсий являются полидисперсными системами, т. е. содержат частицы самых различных размеров. Дисперсность водонефтяных эмульсий, образующихся в процессе добычи и подготовки сырых нефтей на промыслах и НПЗ, довольно хорошо изучена, в частности в работах Д.Н. Левченко с сотр. [14, 19, 23]. После завершения процесса диспергирования получаемая эмульсия из-за избыточной свободной энергии, связанной с большой межфазной поверхностью, стремится к коалесцснции, т. е. к сокращению этой поверхности. Поэтому эмульсии, в том числе водонефтяные как прямого, так и обратного типа, - системы термодинамически неустойчивые и стремятся к расслоению [17]. При оценке устойчивости эмульсий различают кинетическую и агрегативную устойчивость. Кинетическая, или седиментационная, устойчивость - это способность системы противостоять оседанию или всплыванию частиц дисперсной фазы под действием стоксовых сил. Отсюда следует, что кинетическая устойчивость водонефтяных эмульсий прямо пропорциональна разности плотностей нефти, эмульгированных глобул воды и квадрату радиуса этих глобул. Агрегативная устойчивость эмульсий характеризует способность глобул дисперсной фазы сохранять свой первоначальный вид, не поддаваться коалесценции и флокуляции. Большинство нефтяных эмульсий обладает чрезвычайно высокой агрегативнои устойчивостью. Сущность процесса предварительной подготовки эмульсии к расслоению и заключается в максимальном снижении ее агрегативнои и кинетической устойчивости [24,48]. Вопрос о механизме образования, существования и разрушения агрегативно устойчивых нефтяных эмульсий обратного и прямого типов в настоящее время продолжает оставаться дискуссионным, несмотря на целый ряд теорий, объясняющих возникновение и разрушение агрегативно устойчивых эмульсионных систем. Условно эти теории можно разделить на термодинамические (энергетические) и над молекулярные, связанные с образованием структурномсханического барьера [13]. Причем эти теории едины в том, что для придания агрегативной устойчивости эмульсионной системе, приготовленной из двух чистых иесмешивающихся жидкостей, необходимо присутствие третьего стабилизирующего компонента.
Образование на глобулах воды стабилизирующих адсорбционных слоев со структурно-механическими свойствами препятствует их коалесценции при столкновении. Состав и строение этих слоев весьма разнообразны и зависят от состава нефти и содержания в ней диспергированных частиц.
Водонефтяные эмульсии являются весьма стойкими системами. Для их разрушения требуются определенные условия, способствующие столкновению и слиянию диспергированных в нефти капелек воды, и выделению последних из нефтяной среды.
Процесс разрушения водонефтяных эмульсий лежит в основе технологии обезвоживания и обессоливания нефти. При обезвоживании деэмулыированию подвергают природную нефтяную эмульсию с выделением основной массы воды и содержащихся в ней солей, при обессоливании - искусственную эмульсию, создаваемую при смешении нефти с промывной водой. В процессе полного обессоливания вместе с водой и солями в значительной степени удаляются также мышьяковистые соединения, металлорі-анические соединения и механические примеси [25].
Средства численного моделирования процесса
Для построения численной модели работы смесителя использовался программный комплекс FlowVision, позволяющий производить расчет гидро- и газодинамических задач (вместе с сопряженными процессами тепло- и массопереноса) в широком диапазоне чисел Рейнольдса в произвольных трехмерных областях [63, 64]. Этот пакет в течение последних 10 лет разрабатывались коллективами специалистов (в основном выпускниками МФТИ) в области механики сплошной среды и в настоящее время получили официальное признание на рынке пакетов прикладных проірамм (ППП). Развитие прикладной математики и компьютерных технологий открывают новые возможности по моделированию реальных физических процессов, теоретическое описание которых в силу их сложности практически невозможно. Кроме того, использование ППП при моделировании сложных процессов, в том числе с привлечением анимационных, позволяет в наглядном виде познакомиться со многими деталями процесса, которые не могут быть воспроизведены другими способами.
Демонстрационной версии программы вполне достаточно для проведения требуемых расчетов, поскольку демо-версия ограничена только по числу ячеек генерируемой сетки, время пользования - неограниченно. FlowVision позволит провести вычислительный эксперимент, целью которого является максимально подробное воспроизведение, в том числе визуализация работы разрабатываемого устройства, анализ и сопоставление получаемых численных данных с теоретическими результатами.
Базовыми в ГНГП Flow Vision являются уравнения Навье-Стокса (вместе с уравнением неразрывности). Дія замыкания этих уравнений в зависимости от конкретной задачи могут использоваться дополнительные соотношения, описывающие изменение плотности, турбулентный перенос и т. и. Наборы таких соотношений в совокупности с уравнениями Навье-Стокса называются моделями. Нами использовалась к-г модель турбулентного течения вязкой жидкости с небольшими изменениями плотности при больших числах Рейнольдса;
В 111III Flow Vision допускается использование широкого набора граничных условий, зависящих от конкретной модели, однако все они базируются на следующих наиболее часто встречающихся условиях на гидродинамические переменные (давления и скорости)
Для численного решения базовых уравнений в Flow Vision используется метод, основанный на консервативных схемах расчета нестационарных уравнений в частных производных, которые по сравнению с неконсервативными схемами дают решения, точно удовлетворяющие законам сохранения (в частности, уравнению неразрывности) [60-62]. Метод базируется на эйлеровом подходе к описанию движения жидкости [54, 55, 57,62], суть которого состоит в том, что различные скалярные и векторные величины рассматриваются как функции переменных Эйлера Flow Vision времени и координат точки в неподвижной системе координат.
В Flow Vision численное интегрирование уравнений по пространственным координатам проводится с использованием прямоугольной адаптивной локально измельченной сетки. Такой подход обеспечивает, с одной стороны, использование простой равномерной неадаптивной сетки при решении задач с относительно несложной геометрией. С другой стороны, появляется возможность при решении задач со сложной геометрией проводить адаптацию (подстройку) сетки к особенно стям геометрии вблизи границ, а при решении задач с разрывными течениями адаптацию по значениям искомых функций, их градиентов и др.
Процедура локального измельчения в области адаптации предусматривает возможность последовательного деления, начиная с исходной, каждой предыдущей ячейки на 4 более мелкие ячейки (в трехмерном случае на 8) до обеспечения выполнения условия адаптации (например, достижения заданной точности вычисления градиента искомой функции).
Интерфейс Flow Vision включает возможности автоматического и ручного контроля формирования сетки, в том числе добавление/удаление ячеек сетки в определённых областях.
Однако, FlowVision, как и аналогичные ему ирофаммные продукты, не обладает встроенной системой редактирования геометрии. Это означает, что трехмерную модель смесителя нужно спроектировать в редакторе трехмерной графики.
Для проектирования трехмерной модели смесителя по чертежам использовался программный продукт 3ds Мах 2008. Выбор объясняется широкими возможностями программного продукта по созданию 3d моделей, удобством работы, возможностью конвертировать спроектированную модель во многие форматы (с проверкой геометрии), в частности такие, которые возможно использовать для расчетов в программе FlowVision. В данной работе использовался формат STL (Stereolithography).
В нашем случае из-за сложности процесса смешения нефти с промывной пресной водой не удается составить его полного математического описания в виде системы дифференциальных уравнений, а возможно лишь в самом общем виде представить зависимость между физическими величинами и геометрическими параметрами, характеризующими процесс. Вид такой зависимости можно найти на основе анализа размерностей физических величин, входящих в уравнение [49]. Этот метод основывается на л-теореме, являющейся частным случаем второй теоремы подобия. я-теорема утверждает, что если имеется физически значимое выражение, включающее в себя п физических переменных, и эти переменные описываются при помощи к независимых фундаментальных физических величин, то исходное выражение эквивалентно выражению, включающему множество из р = п - к безразмерных величин, построенных из исходных переменных [50, 59, 68]. Это позволяет вычислять множество безразмерных величин по данным физическим значениям, даже если неизвестно выражение, связывающее эти значения. Способ выбора множества безразмерных параметров не единственный, я-теорема демонстрирует, как это можно сделать.
Методы создания закрученных струй и конструкций завихрителей
В. Г. Роуз проводил измерения средних и пульсационных скоростей в струе, выходящей из вращающейся трубы. Величину крутки этой струи можно оценить по величине отношения максимальной тангенциальной скорости к максимальной аксиальной в наиболее близко расположенном к соплу сечении x/d=0,235, в котором проводились измерения; U pm/Uxm=0,35. Роуз считает, что вблизи выхода трубы поток в закрученной струе можно считать полностью турбулентным и его вращение — аналогичным вращению твердого тела. Распределение осевой скорости под влиянием вращения в этой области изменилось незначительно.
Закручивание вызвало более быстрое расширение струи в области от одного калибра до расстояния, равного 15 калибрам. Кроме того, на некотором расстоянии от сопла закрученная струя эжектировала примерно в 2 раза больше из окружающей среды, чем незакрученная струя. Интенсивность турбулентности в закрученной струе оказалась выше, чем в соответствующих сечениях незакрученной струи. Следует отметить, что действие крутки как турбулизатора заключалось не в искусственном повышении начальной турбулентности (в закрученной струе, исследованной Роузом, начальная турбулентность была меньше, чем в незакрученной струе), а в интенсивном образовании и распаде вихрей. В этом отношении действие слабой крутки на струю аналогично действию акустического и механического турбулизато-ров. Но эффект турбулизации при помощи слабого закручивания, в отличие от других турбулизаторов, проявляется до расстояний x/d=15 от сопла. В этом основное преимущество такой турбулизации. С дальнейшим увеличением крутки ее действие на турбулентность видоизменяется. Увеличение крутки, с одной стороны, приводит к увеличению поперечных градиентов скорости, которые благодаря турбулентной вязкости с удалением от сопла выравниваются, с другой стороны, крутка стабилизирует турбулентность. При больших крутках в струе образуются обратные токи, занимающие некоторую область перед соплом. 1 іоявление обратных токов влияет на характер распределения интенсивности турбулентности в сечениях закрученных струй [94]. При образовании обратных токов струя в поперечном направлении делится на ряд зон: зона обратных токов, зона взаимодействия обратного и прямого потока, основная часть струи и зона смешения с окружающей средой. Величины интенсивности турбулентности в этих зонах неодинаковы. Рассмотрим, как изменяются величины интенсивности турбулентности в указанных зонах.
Измерения турбулентности в сильно закрученной струе провел П. Майер [102]. Им рассматривалась струя за винтовой вставкой, истечение струи происходило из цилиндрического сопла. На рисунках 3,17, 3.18 приводятся результаты этих измерений. На рисунке 3.17 показано распределение интенсивности є и осевой скорости в сечении x/d=0,67. В распределении є в поперечном сечении струи существуют два максимума: ближайший к оси максимум є располагается в зоне взаимодействия прямого и обратного потоков, а второй максимум находится на границе струи в зоне смешения с окружающей средой. В точке, где аксиальная скорость принимает наибольшее значение, є=ємин.
Если обратиться к рисунку 3.17, то видно, что в первой ТОЧКе цах ЗНЗЧЄНИЄ КЭ-сательного напряжения также максимально. Это объясняется тем, что слои газа, движущиеся в одном направлении, проходят мимо слоев газа, движущихся в противоположенном направлении, поэтому в этой точке градиент скорости увеличивается. Но наибольшее значение касательного напряжения достигается на границе струи также в точке с максимальным градиентом скорости.
Из сравнения рисунков 3.17 и 3.18 , полученных для одного и того же сечения, видно, что максимум интенсивности турбулентности и максимумы касательного напряжения на границе струи не совпадают.
Закрученная струя благодаря центробежным силам расширяется быстрее, чем не закрученная струя. В связи с этим граничные слои неподвижной среды взаимодействуют с вращающейся струей. Это приводит к образованию вихрей и повышению интенсивности турбулентности. Высокая степень турбулентности на границе струи поясняет причину наибольшего присоединения массы потока окружающей среды в начале струи.
При рассмотрении максимума є, лежащего на границе обратного потока, из [102] следует, что его значение с удалением от сопла первоначально возрастает, затем постепенно убывает.
В области зоны обратного потока значения интенсивности турбулентности также превосходят значения е в незакрученной струе. Пульсация в этой области может доходить до 55% значения средней скорости.
Применение метода анализа размерностей
По результатам численного моделирования видно, что поток воды выходит через отверстие закрутки и смешивается с потоком нефти. На выходе из смесителя (рисунки 4.8, 4.9) содержание воды в смеси значительно больше чем в исходном режиме.
В измененном режиме поток нефти движется с большей линейной скоростью, вследствие чего возрастает также тангенциальная скорость. Увеличение скорости приводит к увеличению значению турбулентной энергии, что повышает интенсивность смешивания в пространстве, расположенном в близости от отверстия выхода закрученного потока воды.
По цвету линий тока видно, что в области сужения поток нефти обладает большей по модулю скоростью в измененном режиме, в результате чего закрутка потока нефти происходит сильнее и процесс смешивания нефти и воды происходит еще некоторое время после преодоления непосредственно области смешивания. Этот эффект также повышает конечное качество обессоливания.
С помощью разработанной программы был произведен анализ выборки, полученной в результате промышленных экспериментов. При заданных значениях расчетных параметров методом Вальда была построена стохастическая модель, позволяющая анализировать влияние значений параметров, описывающих процесс смешивания, на результат обессоливания, что позволило определить изменение режимов работы устройства для получения качественных результатов. Для подтверждения полученных результатов был выбран объект, отнесенный в результате распознавания к категории А (низкое качество обессоливание), значение суммы диагностического коэффициента которого составляло 45.273, что намного больше граничного условия отнесения объекта к данной категории (10.607), т.е. работа в данном режиме приводит в очень низкому качеству обессоливания. Значение выходного параметре Ц7ф для данного объекта составляет 1.01, что подтверждает правильность распознавания. Для перевода объекта в категорию В (высокое качество обессоливание), были изменены управляемые параметры с максимальной информативностью. По результатам изменений сумма диагностических коэффициентов объекта стала равна -15.230, что при границе отнесения к категории В (-10.607) соответствует хорошему качеству обессоливания. В программном комплексе для моделирования течения жидкостей FlowVision были произведены два расчета, соответствующие работе смесителя в исходном и измененном режимах.
На основе визуализации результатов в виде отображения движения частиц нефти и воды, и заливок в различных сечениях были определены изменения таких характеристик моделируемого процесса как концентрация, турбулентная энергия, скорость движения частиц жидкостей. Низкое качество смешивания при работе в исходном режиме подтвердилось, так как поток воды не обладал достаточной силой для преодоления встречного потока нефти и не закручивался с последующим выходом через специальное отверстие. Это приводило к тому, что смешивание происхо- дило лишь в небольшой области, расположенной около отверстия подачи воды. В конечном результате концентрация воды по выходу из смесителя находилась на очень низком уровне.
При работе смесителя в измененном режиме поток воды проходил через отсеки закрутки и с большой скоростью смешивался в достаточно большом пространстве с потоком нефти. Значительное увеличение качества смешивания подтверждается большей концентрацией воды в смеси, которая при выходе из смесителя составляет в большей области сечения более 10 %. Разработанная программа и произведенные с ее помощью исследования позволили определить режим работы смесителя, при котором качество обессоливания будет поддерживаться на рациональном уровне, что подтверждено на численном моделировании и апробацией полученных результатов на производстве. 1. На основании результатов исследования способов интенсификации турбулентных течений и компьютерного моделирования работы смесителя определены оптимальные технические параметры устройства. Показано, что усовершенствованный смеситель «нефть-вода» обеспечивает более эффективное использование промывной воды, что повышает качество обессоливания нефти. 2. Построена стохастическая модель, связывающая сформулированные критерии с результатом обессоливания. Модель позволяет определять степень влияния исследуемых параметров на результат обессоливания и проектировать технологические режимы работы смесителя. І Іоказано, что при поддержании следующих диапазонов значений критериев: С4е[2.4; 3.2], Re е[П2 000; 130 000], We е[28 000; 42 000], С5є[1.5; 1.9], Ей є[7.1; 10.4] качество обессоливания поддерживается на рациональном уровне. 3. Разработано программное обеспечение позволяющее установить степень влияния управляемых и неуправляемых факторов на результат технологического процесса и на основании полученных результатов определить стратегию улучшения данного процесса.
