Сбор и подготовка к транспорту природных газов, страница 100

где а — поверхностное натяжение капли; М — молекулярная масса капли; q_x — содержание жидкости в газовой фазе до дроссели­рования; q<i — то же после дросселирования; р_ж — плотность кон­денсата; R_T — газовая постоянная; Т— температура процесса. Согласно уравнению (V.19), с ростом скорости газа и началь­ного размера капель время коагуляции уменьшается.

Если имеются следующие условия: |5 = 4; q = 0,2 кг/м³; р,=20 кг/м^:!; /? = = 0,1 м; ш = 5 м/с: г_о= 1 • 10~⁶ м; г=20-10~⁶ м; Re_r = 2-10⁶, то время коагуля­ции капель равно

Ю-⁸
_t^{4    20}     (°^У^{2                                                 20}-¹⁰°

¹~ 4   0,2   5- 10-^в      (₂. Ю^(;)^г'/<

Как видно из примера, при условиях, максимально прибли­женных к промысловым, коагуляция наступает чрезвычайно бы­стро, т-. е. практически в зоне формирования двухфазного потока, образующегося за дроссельным элементом. При движении двух­фазного потока наряду с коагуляцией происходит также дроблс ние капель. Значение радиуса, соответствующее определенному периоду времени, называется модальным радиусом капель.

На основании гипотезы А. Н. Колмогорова и теории локаль­ной турбулентности Ч. С. Гусейновым получено уравнение, уста­навливающее связь между модальным радиусом дробящихся ка­пель и гидродинамическими параметрами потока:

где R — радиус трубопровода.

Из формулы (V.15) видно, что радиус дробящейся капли в турбулентном потоке зависит от радиуса трубопровода, отно­шения плотностей несущей среды (газа) и капли, коэффициента

~o 7?

Для обеспечения эффективности работы сепараторов необхо­димо учесть явление вторичного насыщения жидкостью отсепа-рированного газа. Величина вторичного насыщения газа, именуе-

164

мая коэффициентом уноса /С_у,— основной критерий, лимитирую­щий пропускную способность сепарационного оборудования.

На основании такого подхода Ч. С. Гусейнов обосновал воз­можность применения общей теории устойчивости течения газо­жидкостных систем для определения максимальной пропускной способности сепараторов. При этом допущено, что капельная взвесь переведена в пленочное состояние. Это обусловливает ог­раничение максимально допустимой скорости газа со значением скорости газа в момент срыва капель жидкости с поверхности те­кущей пленки.

На основании анализа общей теории устойчивости течение гя-зожидкостных систем показано, что максимальное значение ско­рости газа, при которой капли жидкости срываются с поверхно­сти текущей пленки, происходит при совместном движении газа и жидкости в горизонтальных трубах. Одновременно можно сде­лать вывод о том, что лучший тип газожидкостного сепаратора — отрезок горизонтальной трубы, на входе в который установлено устройство, обеспечивающее перевод капельной взвеси в пленоч­ное состояние. Такого типа устройствами могут быть различные завихрители, крыльчатки, шнеки и т. д.

Как правило, отсепарированный поток содержит капли жидко­сти разных размеров. Скорость газа, при которой капли большого размера осаждаются, а меньшего — уносятся, называется ско­ростью выноса. С учетом этого обстоятельства Ч. С. Гусейновым предложено для сепараторов разных конструкций определить ми­нимальный размер капель, осаждающихся при заданной скорости.

Вертикальный гравитационный сепаратор. При поступлении смеси в сепаратор под действием центробежных сил происходит дробление жидкости. Учитывая, что размеры получающихся ка­пель незначительны (всего несколько микрометров), условно при­нимают, что капли имеют шаровидную форму. С учетом этого можно вычислить силу, которая «тянет» капли на дно сепара­тора:

где г — радиус капли; р_ж — плотность жидкости, образующей капли; р_г — плотность газа, проходящего через сепаратор; q — ускорение свободного падения, 9,81 м/с².

При прохождении газожидкостной смеси через сепаратор на капли жидкости кроме силы тяжести действует также аэродина­мическая сила, которая стремится вывести ее из сепаратора вме­сте с газом. Эту силу рассчитывают по выражению

 t

где о, — коэффициент сопротивления; л— скорость газа в свобод-