|
64 Скорость роста отложений Кр возрастает с уменьшением размера частиц (табл. 2.7) из-за увеличения коэффициента броуновской диффузии Оь. Величина Кр неоднородно меняется с увеличением температуры (табл. 2.8), при некотором значении 15 есть максимум скорости Кр. Это объясняется тем, что при снижении пересыщения раствора (С5 Сс) с ростом температуры уменьшается вязкость воды, увеличивается коэффициент диффузии и подвижность частиц. В таблице 2.8 вычисления Кр(15) продолжены до значения Ц, равного 10°С, формально, чтобы проследить за ходом зависимости КР(Ц) при малых температурах. Повышение расхода воды в трубе приводит к росту числа Рейнольдса и коэффициента массопереноеа К и, как следствие, к увеличению скорости роста отложений Кр (табл. 2.9). Для потока раствора в одной из реинжекционных скважин 024н на Верхне-Мутновской ГеоЭС при температуре 100°С, дебите 18 кг/с и среднем диаметре 0,2 м числа Рейнольдса составят порядка 40000, а скорость отложения в выделенном диапазоне размеров частиц (0,5 1,5) нм равна (2,0 5,3)* 10'5 г/см2*мин. Такая величина Кр при плотности аморфного кремнезема 2000 кг/м3 соответствует росту высоты слоя отложений на поверхности труб со скоростью 4,3 11,5 мм/мес. При дебите скважины 25 кг/с число Рейнольдса потока равно около 570490 и скорость отложения порядка (5,7 15,2) мм/месяц. В результа: те следует ожидать, что в течение первых 1 3 месяцев эксплуатации внутреннее сечение реинжекционной скважины уменьшится существенно (на 1-2 см), и это приведет к снижению пропускной способности. Если реинжекция будет проводиться при более высокой температуре (выше 140°С), когда скорость поликонденсации ниже, концентрация коллоидных частиц будет меньше, чем при 100°С, а размеры частиц больше. При А 7 К. = 10,0 нм скорость роста отложений составит порядка 4,0-10' г/см -мин = 0,86 мм/месяц = 11мм/год. Уменьшение пропускной способности реинжекционной скважины произойдет тогда в течение первого года эксплуатации. |
Таблица 2.7 Зависимость скорости роста отложений аморфного кремнезема Кр (мм/мес) от размера частиц К, 1,= 140°С, О = 25 кг/с, Б = 0.2 м. К, нм 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 Кр 9.0 4.94 3.44 2.65 2.16 1.83 1.59 1.41 1.26 1.14 Я, нм 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 1000 Кр 0.60 0.41 0.32 0.26 0.23 0.21 0.20 0.196 0.193 0.219 С использованием модели Джеймисона и уравнений 2.23-2.34 составлена программа 51ЫЗЕР.РОК.. Выполнено моделирование процесса массопереноса коллоидных частиц кремнезема из ядра потока на внутреннюю поверхность канала, рассчитаны скорости роста отложений Кр при различных гидродинамических условиях в водном потоке. В таблице 2.7 и на рис. 2.10 представлены результаты вычислений скорости роста отложений Кр для частиц с различными радиусами при фиксированных температуре потока 15, диаметре канала О и массовом расходе воды в канале О; в таблице 2.8 и на рис. 2.11 при различной температуре потока I* и различных размерах частиц и фиксированных С? и Г); в таблице 2.9 и на рис.2.12 при различных О и К. и фиксированных 1$ и О. При расчетах общее содержание кремнезема в растворе принято равным 850 мг/кг. Скорость роста отложений Яр возрастает с уменьшением размера частиц (табл. 2.7) из-за увеличения коэффициента броуновской диффузии Оь. Величина Кр неоднородно меняется с увеличением температуры (табл. 2.8), при некотором значении I* есть максимум скорости Яр. Это объясняется тем, что при снижении пересыщения раствора (С* Се) с ростом температуры уменьшается вязкость воды, увеличивается коэффициент диффузии Эь и подвижность частиц. В таблице 2.8 вычисления Кр(1*) продолжены до значения *5, равного 10°С, формально, чтобы проследить за ходом зависимости Яр(15) при малых температурах. Повышение расхода воды в трубе приводит к росту числа Рейнольдса и 123 коэффициента массопереноса К( и, как следствие, к увеличению скорости роста отложений Кр (табл. 2.9). Таблица 2.8 Зависимость скорости отложения кремнезема Кр (мм/мес) от температуры потока 1$ при разных размерах частиц К, (3 = 25 кг/с, Б = 0.2 м. К, нм О О 10 20 30 40 50 60 70 80 1.0 0.77 1.22 1.81 2.54 3.40 4.35 5.37 6.40 3.0 0.26 0.42 0.63 0.90 1.21 1.57 1.95 2.33 5.0 0.16 0.26 0.39 0.55 0.74 0.97 1.20 1.45 10.0 0.082 0.13 0.20 0.28 0.38 0.50 0.62 0.75 100.0 0.019 0.0297 0.0427 0.0585 0.0767 0.0968 0.11 0.14 к, нм и, "с 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 1.0 7.37 8.24 8.93 9.35 9.43 9.08 8.21 6.75 4.82 1.79 3.0 2.71 3.05 3.32 3.50 3.55 3.43 3.12 2.58 1.86 0.69 5.0 1.68 1.90 2.08 2.19 2.23 2.16 1.97 1.63 1.18 ,0.44 10.0 0.88 0.99 1.09 1.15 1.18 1.14 1.04 0.87 0.63 0.23 100 0.15 0.17 0.19 0.19 0.20 0.19 0.17 0.14 0.10 0.04 Для потока раствора в одной из реинжекционных скважин 024н на Верхне-Мутновской ГеоЭС при температуре 100°С, дебите 18 кг/с и среднем диаметре 0.2 м числа Рейнольдса составят порядка 40000, а скорость отложения в выделенном диапазоне размеров частиц (0.5 1.5) нм равна (2.0 5.3)-10'5 г/см2 мин. Такая величина Кр при плотности аморфного кремнезема 2000 кг/м3 соответствует росту высоты слоя отложений на поверхности труб со скоростью 4.3 11.5 мм/мес. При дебите скважины 25 кг/с число Рейнольдса потока равно около 570490 и скорость отложения порядка (5.7 15.2) мм/месяц. В результате следует ожидать, что в течение первых 1 3 месяцев эксплуатации внутреннее сечение реинжекционной скважины уменьшится существенно (на 1 2 см), и это приведет к снижению пропускной способности. Таблица 2.9 Зависимость скорости отложения аморфного кремнезема Кр (мм/мес) от расхода сепарата в скважине обратной закачки О при разных размерах частиц К, !5=140°С, 0=0.2 м. К, им (), кг/с 15 20 25 30 35 40 45 50 Яе= 4.8-105 6.5-105 8.1 -105 9.7-105 1.1-106 1.3-106 1.4-106 1.6-106 3.0 2.21 2.83 3.43 4.02 4.84 5.45 6.05 6.64 5.0 1.39 1.78 2.16 2.53 3.06 3.45 3.83 4.20 10.0 0.73 0.94 1.14 1.34 1.63 1.83 2.04 2.24 100.0 0.10 0.14 0.19 0.25 0.35 0.44 0.54 0.65 Если реинжекция будет проводиться при более высокой температуре (выше 140°С), когда скорость нуклеации ниже, концентрация коллоидных частиц будет меньше, чем при 100°С, а размеры частиц больше. При К = 10.0 нм скорость роста отложений составит порядка 4.0-10*6г/см2 мин 0.86мм/месяц = 11мм/год. Уменьшение пропускной способности реинжекционной скажины произойдет тогда в течение первого года эксплуатации. Таким образом, необходим поиск эффективных мер по контролю или устранению отложений аморфного кремнезема в условиях Верхне-Мутновской ГеоЭС. 2.4. Физико-химические характеристики твердых отложений коллоидного кремнезема в скважинах, трубопроводах и теплооборудовании ГеоЭС. |