ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕД В УСЛОВИЯХ СЕПАРАЦИИ

Abstract

При решении прикладных задач по установлению особенностей изменений параметров в газообразных сплошных средах при конвективном тепло- и массообмене, сопротивлении трения в аппаратах и устройствах, обеспечивающих функционирование технологических процессов в нефтегазовой отрасли, ценным является представление о механизмах и интенсивности процессов переноса тепла, массы и импульса. Такие задачи нетривиальны из-за выраженной нелинейности эффектов, нестабильности и разнообразия компонентного состава смесей как рабочего тела аппаратов и требуют большой априорной информации при моделировании, получение которой ограничено спецификой процессов и их экспериментального анализа. В силу сказанного, исследования, направленные на уяснение и прогноз закономерностей изменений локальных и интегральных свойств гомогенных и гетерогенных углеводородных систем в аппаратах топливно-энергетического комплекса являются актуальными и ценными для практики. Цель: выявление особенностей и установление закономерностей эволюции локальных параметров и процессов конвективного тепло- и массообмена в нефтегазовых аппаратах (таких как коэффициенты динамической и кинематической вязкости, тепло- и температуропроводности, диффузионности, а также их безразмерных аналогов – чисел Прандтля, Шмидта и Льюиса), ориентированных на использование в качестве рабочего тела многокомпонентных углеводородных газовых сред в диапазоне термобарических условий, характерных для функционирования оборудования подготовки нефти при сепарации – Т ≅ 0–70 °C и P ≅ 0,1–3,5 МПа. Методы: термодинамическая модель в программном комплексе Aspen HYSYS – уравнение состояния реальных газовых смесей Пенга–Робинсона; положения статистической механики, подходы соответственных состояний, методы Чепмена–Энскога, Голубева, теории подобия и анализа размерностей. Результаты. В рамках положений равновесной термодинамики выполнено детальное исследование эволюции локальных и интегральных параметров процессов переноса импульса, тепла и массы в углеводородных газовых смесях в условиях сепарации при заданных температурах и давлениях в рабочих телах. Установлены границы применимости практического использования метода подобия в количественных оценках и качественных прогнозах механизмов и конфигураций конвективного тепло- и массообмена в устройствах подготовки нефти. Обсуждаются результаты использования метода аналогий в моделировании процесса сепарации в общих задачах процессов переноса импульса, тепла и массы в задачах нефтегазовой отрасли. В практику проектирования оборудования рекомендуются заключения об особенностях изменений свойств в сложных по структуре смесях и интенсивности механизмов тепло- и массообмена при сепарации, нарушающих тройную аналогию в неизотермических гомогенных и гетерогенных средах.