Frontier Materials & Technologies. 2015; : 53-59
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРА
https://doi.org/10.18323/2073-5073-2015-4-53-59Аннотация
Одной из основных задач нефтедобывающей промышленности является увеличение коэффициента нефтеотдачи пластов и темпов разработки нефтяных месторождений. В условиях уменьшения запасов углеводородного сырья и возрастающего потребления энергии возникает проблема освоения трудноизвлекаемых запасов, к которым, в частности, относятся тяжелые сорта нефти, обладающие высокой вязкостью. К основным методам снижения вязкости нефти относятся: введение химических агентов (растворителей), механическое воздействие, наложение магнитных и электрических полей, термообработка и др. Основным из способов разогрева и снижения вязкости труднодобываемых сортов нефти является использование газогенераторов, работающих на твердом топливе. Использование в газогенераторах баллиститных топлив с возможностью введения различных охладителей разной концентрации позволяет регулировать температуру и излучательные характеристики гомогенных продуктов сгорания до уровня, определенного технологией добычи. В работе приводятся методика и результаты расчета теплового излучения продуктов сгорания газогенератора, работающего на твердом топливе. В качестве охладителя рассматривается вода. Продукты сгорания представляют собой совокупность монодисперсной системы частиц сажи и газовой фазы. Методом вычислительного эксперимента исследовано влияние концентрации охладителя (0 %, 10 % и 25 %) на температуру, спектральные и интегральные характеристики излучения (плотности потоков и степени черноты) при разном давлении (0,1 МПа и 7 МПа) продуктов сгорания. Установлено, что введение охлаждающих добавок при наличии в продуктах сгорания только газовой фазы сильнее сказывается на величине плотности потока, чем степени черноты. Увеличение содержания сажи приводит к росту спектральных и интегральных характеристик излучения даже при введении добавок, снижающих температуру продуктов сгорания. Представлена графическая зависимость интегральных характеристик от толщины излучающего слоя.
Список литературы
1. Нефтегазовая энциклопедия. В 3 т. Т. 2. К–П. М.: МАИ, 2003. 380 с.
2. Стародубцева Б.А., Егоров В.И. Эффективность новой техники и технологии в добыче нефти. М.: Недра, 1977. 125 с.
3. Henaut I., Gateau P. Method of transporting heavy crude oils in dispersion : US Patent, application 20060118467, 2006.
4. Martinez-Palou R., de Lourdes Mosqueira M., Zapata-Rendon B. Transportation of heavy and extra-heavy crude oil by pipeline: A review // Journal of petroleum science and engineering. 2011. Vol. 75. P. 274282.
5. Yu Y., Li K. A method for calculating the temperature profile in heavy oil wells with injection of light oil Diluent // Petroleum Science and Technology. 2013. Vol. 31. № 24. P. 2569–2576.
6. Ершов М.А., Муллакаев М.С., Баранов Д.А. Снижение вязкости парафинистых нефтей обработкой в гидродинамическом проточном реакторе // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2011. № 4. C. 22–26.
7. Ершов М.А., Баранов Д.А., Муллакаев М.С., Абрамов В.О. Снижение вязкости парафинистых нефтей в ультразвуковом поле // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2011. № 7. C. 16–19.
8. Лоскутова Ю.В., Юдина Н.В., Писарева С.И. Влияние магнитного поля на парамагнитные, антиоксидантные и вязкостные характеристики ряда нефтей // Нефтехимия. 2008. Т. 48. № 1. С. 50–54.
9. Байбаков Н.К., Гарушев А.Р. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений. М.: Недра, 1988. 344 с.
10. Stull R.V., Plass G.N. Emissivity of dispersed carbon particles // Journal Opt. Soc. of America. 1960. Vol. 50. № 2. P. 121–129.
11. Кузьмин В.А., Заграй И.А. Радиационные характеристики дисперсных систем энергетических установок. Саарбрюккен: Lambert Academic Publishing, 2013. 140 с.
12. Кузьмин В.А., Пяткова И.А. Радиационные характеристики частиц двигателей и энергетических установок // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2010. № 3-4. С. 11–14.
13. Хюлст Г.Х. ван де. Рассеяние света малыми частицами. М.: Изд-во иностр. лит., 1961. 320 с.
14. Михайленко С.Н., Бабиков Ю.Л., Головко В.Ф. Информационно-вычислительная система «Спектроскопия атмосферных газов». Структура и основные функции // Оптика атмосферы и океана. 2005. Т. 18. № 9. С. 765–776.
15. Rothman L.S., Gordon I.E., Barbe A., Benner D.C., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Brown L.R., Campargue A. The HITRAN 2008 molecular spectroscopic database // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2009. № 110. P. 533572.
16. Rothman L.S., Gordon I.E., Barber R.J., Dothe H., Gamache R.R., Goldman A., Perevalov V.I., Tashkun S.A., Tennyson J. HITEMP, the high-temperature molecular spectroscopic database // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2010. № 111. P. 21392150.
17. Суржиков С.Т. Тепловое излучение газов и плазмы. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 544 с.
18. Кузьмин В.А. Тепловое излучение в двигателях и энергетических установках. Киров: Полекс, 2004. 231 с.
19. Кузьмин В.А., Маратканова Е.И., Заграй И.А., Рукавишникова Р.В. Тепловое излучение гетерогенных продуктов сгорания в факеле модельного ракетного двигателя // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22. № 3. С. 385400.
20. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П., Худяков В.А. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1971. 266 с.
Frontier Materials & Technologies. 2015; : 53-59
THE ANALYSIS OF EMISSION CHARACTERISTICS OF GAS PRODUCER COMBUSTION PRODUCTS
https://doi.org/10.18323/2073-5073-2015-4-53-59Abstract
One of the main tasks of oil producing industry is the increase of producible oil index and the oil-field development rate. In the context of hydrocarbon crude stock reduction and the increasing energy consumption, the issue of hard to recover reserves development occurs and the high-viscosity heavy oil rates are considered to be such reserves. Chemical agents (resolvents) addition, mechanical effects, magnetic and electrostatic fields imposing, and thermal treatment are the basic methods of oil viscosity reduction. The main method of heating and viscosity reduction of hard to recover oil rates is the application of gas producers, which operate using solid fuel. The use of ballistite fuels in gas producers with the possibility of adding various coolants of different concentrations allows regulating temperature and emission characteristics of homogeneous combustion products to the level specified by the recovery methods. The paper presents the methods and the results of heat emission calculation of the combustion products of a gas producer that operates using solid fuel. Water is used as a coolant. The combustion products are represented by the aggregation of monodisperse system of sootflakes and gas phase. Using the method of computing experiment, the authors studied the influence of a coolant concentration (0 %, 10 % and 25 %) on the temperature and spectral and integral emission parameters (fluence rate and emissivity factor) of combustion products at different pressures (0,1 MPa and 7 MPa). It was established that the cooling agents addition influences on the fluence rate value more than the emissivity factor when the combustion products have only gas phase. The growth of soot content causes the increase of spectral and integral emission parameters even when adding agents lowering combustion products temperature. The authors present the characteristic curve of integral parameters on the emitting layer thickness.
References
1. Neftegazovaya entsiklopediya. V 3 t. T. 2. K–P. M.: MAI, 2003. 380 s.
2. Starodubtseva B.A., Egorov V.I. Effektivnost' novoi tekhniki i tekhnologii v dobyche nefti. M.: Nedra, 1977. 125 s.
3. Henaut I., Gateau P. Method of transporting heavy crude oils in dispersion : US Patent, application 20060118467, 2006.
4. Martinez-Palou R., de Lourdes Mosqueira M., Zapata-Rendon B. Transportation of heavy and extra-heavy crude oil by pipeline: A review // Journal of petroleum science and engineering. 2011. Vol. 75. P. 274282.
5. Yu Y., Li K. A method for calculating the temperature profile in heavy oil wells with injection of light oil Diluent // Petroleum Science and Technology. 2013. Vol. 31. № 24. P. 2569–2576.
6. Ershov M.A., Mullakaev M.S., Baranov D.A. Snizhenie vyazkosti parafinistykh neftei obrabotkoi v gidrodinamicheskom protochnom reaktore // Oborudovanie i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa. 2011. № 4. C. 22–26.
7. Ershov M.A., Baranov D.A., Mullakaev M.S., Abramov V.O. Snizhenie vyazkosti parafinistykh neftei v ul'trazvukovom pole // Khimicheskoe i neftegazovoe mashinostroenie. 2011. № 7. C. 16–19.
8. Loskutova Yu.V., Yudina N.V., Pisareva S.I. Vliyanie magnitnogo polya na paramagnitnye, antioksidantnye i vyazkostnye kharakteristiki ryada neftei // Neftekhimiya. 2008. T. 48. № 1. S. 50–54.
9. Baibakov N.K., Garushev A.R. Teplovye metody razrabotki neftyanykh mestorozhdenii. M.: Nedra, 1988. 344 s.
10. Stull R.V., Plass G.N. Emissivity of dispersed carbon particles // Journal Opt. Soc. of America. 1960. Vol. 50. № 2. P. 121–129.
11. Kuz'min V.A., Zagrai I.A. Radiatsionnye kharakteristiki dispersnykh sistem energeticheskikh ustanovok. Saarbryukken: Lambert Academic Publishing, 2013. 140 s.
12. Kuz'min V.A., Pyatkova I.A. Radiatsionnye kharakteristiki chastits dvigatelei i energeticheskikh ustanovok // Izvestiya vuzov. Problemy energetiki. 2010. № 3-4. S. 11–14.
13. Khyulst G.Kh. van de. Rasseyanie sveta malymi chastitsami. M.: Izd-vo inostr. lit., 1961. 320 s.
14. Mikhailenko S.N., Babikov Yu.L., Golovko V.F. Informatsionno-vychislitel'naya sistema «Spektroskopiya atmosfernykh gazov». Struktura i osnovnye funktsii // Optika atmosfery i okeana. 2005. T. 18. № 9. S. 765–776.
15. Rothman L.S., Gordon I.E., Barbe A., Benner D.C., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Brown L.R., Campargue A. The HITRAN 2008 molecular spectroscopic database // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2009. № 110. P. 533572.
16. Rothman L.S., Gordon I.E., Barber R.J., Dothe H., Gamache R.R., Goldman A., Perevalov V.I., Tashkun S.A., Tennyson J. HITEMP, the high-temperature molecular spectroscopic database // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2010. № 111. P. 21392150.
17. Surzhikov S.T. Teplovoe izluchenie gazov i plazmy. M.: MGTU im. N.E. Baumana, 2004. 544 s.
18. Kuz'min V.A. Teplovoe izluchenie v dvigatelyakh i energeticheskikh ustanovkakh. Kirov: Poleks, 2004. 231 s.
19. Kuz'min V.A., Maratkanova E.I., Zagrai I.A., Rukavishnikova R.V. Teplovoe izluchenie geterogennykh produktov sgoraniya v fakele model'nogo raketnogo dvigatelya // Teplofizika i aeromekhanika. 2015. T. 22. № 3. S. 385400.
20. Alemasov V.E., Dregalin A.F., Tishin A.P., Khudyakov V.A. Termodinamicheskie i teplofizicheskie svoistva produktov sgoraniya. M.: VINITI AN SSSR, 1971. 266 s.
