Материалы всероссийской научно-технической конференции Автоматизир
..pdfгде Е - энергия активации, Дж/моль; R = 8,134 - газовая постоянная,
Дж/(моль*К); |
b - |
постоянная (b |
= |
0,457/К для |
первой итерации); |
dlogB |
- |
наклон линии; |
В |
- скорость |
нагрева, К/мин; |
т =--------- |
|||||
d(l/7) |
|
|
|
|
|
Т - температура постоянной конверсии, К.
Значение b изменяется в зависимости от значения E/RTC (Тс - температура при постоянной конверсии для скорости нагрева, бли жайшей к середине экспериментальных скоростей нагрева, К). В свя зи с этим процесс вычисления носит итерационный характер, при котором Е для первой итерации рассчитывается при Ъ = 0,457, далее рассчитывается E/RTC, в зависимости от значения E/RTCвыбирается b [3], после чего вновь рассчитывается Е. Процесс продолжается до тех пор, пока Е не будет изменяться менее чем на 1 %.
Далее рассчитываем предэкспоненциальный множитель Z:
Z = -(Р /£)•/?• 1п(1 - а) • 10а |
(2) |
где а - значение уровня конверсии.
Полученные результаты энергии активации и предэкспоненциального множителя приведены в таблице.
Кинетические постоянные |
MTGA |
ASTM Е1641 |
Энергия активации Е |
196 кДж/моль |
194 кДж/моль |
ПредэкспонентаlogZ |
12,8 мин'1 |
12,4 мин"1 |
Существенным ограничением данного метода является то, что он применим к материалам с четко выраженными профилями разложе ния, а именно гладкой, непрерывной кривой изменения массы с од ной максимальной скоростью. Кроме того, из-за количества экспери ментов, необходимых в подходе Флинна и Уолла, анализ часто зани мает несколько дней.
Использование модулированного ТГА позволяет получить кине тические параметры в одиночном эксперименте, что сокращает время проведения исследования. Принципиальным отличием данного мето да от традиционного ТГА является то, что на основной профиль нагрева накладываются синусоидальные модуляции температуры. Это позволяет получить температурную зависимость энергии актива ции и предэкспоненциального множителя [5].
Обычные экспериментальные условия MTGA включают в себя амплитуду модуляций ±5 °С в течении 200 с при основной скорости нагрева 2 °С/мин.
Результирующий профиль разложения MTGA потери массы для ПЭ 271-274 показан на рис. 5. Сплошная кривая энергии активации в результате линейной скорости нагрева показана на рис. 6.
Вес, %
Рис. 5. Кривая потери веса
Рис. 6. Зависимость энергии активации от температуры
Результирующий анализ значений энергии активации и предэкспоненциального множителя по MTGA и ASTM Е1641 был рассмот рен для ПЭ 271-274. Результаты приведены в таблице. Можно сде лать вывод, что данные, полученные двумя разными способами, дос таточно хорошо согласуются, расхождение не превышает 1 %.
Таким образом, метод модулированной термогравиметрии по зволяет упростить и сократить время проведения экспериментов по определению кинетических параметров.
Библиографический список
1.ASTM D2307. Standard Test Method for Thermal Endurance of Film-Insulated Round Magnet Wire.
2.Flynn J.H., Wall L.A. A Quick, Direct Method for the Determina tion of Activation Energy from Thermogravimetric Data // J. Polym. Sci. Part B: Polym. Lett. - 1966. - № 4. - P. 323.
3.ASTM E l641-99. Standard Test Method for Decomposition Ki netics by Thermogravimetry.
4.Flynn J.H., Thermal Analysis / eds. R.F. Schwenker, Gam P.D. - Budapest: Academic Press. - 1969. - Vol. 2. - P. 1111.
5.Flynn J.H., Dickens B. Thermochim. Acta. - 1976. - № 15. - P. 1-16.
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗОЛЯЦИИ НЕФТЕПОГРУЖНЫХ КАБЕЛЕЙ
НА НАЛИЧИЕ ОСТАТКА СКВАЖИННОЙ ЖИДКОСТИ
Студент гр. МЭ-11-16 В.Г. Белослудцев
Научный руководитель - канд. техн. наук, доцент А.Е. Терлыч Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Одним из главных показателей надежности любой технической продукции, в том числе и кабельных изделий, является ресурс рабо ты. Для нефтегазодобывающей промышленности особенно остро стоит вопрос обеспечения надежности нефтепогружных кабелей (НПК) для питания нефтепогружных насосов. Именно эта проблема обострилась в последнее время в связи с увеличением глубин буре ния скважин до 2000-3000 м, что обусловливает воздействие на изо ляцию нефтепогружных кабелей повышенных температур (до 200 °С) и давлений (более 100 МПа).
Объектом исследования стали образцы изоляции кабелей для ус
тановок |
погружных |
электронасосов |
марки |
КПвТБП- |
|
160 3x16 |
ТУ 3542-026-39-367248-2013 (таблица). Двухслойная изо |
||||
ляция. Материал изоляции - |
полиэтилен низкого давления, проши |
||||
тый электронным способом. |
|
|
|
|
|
|
Описание образцов |
|
|
||
Номер |
Номер куста / номер скважи |
|
Описание |
|
|
образца |
ны/ месторождение |
|
|
|
|
|
Образцы в эксплуатации нс были. Эталонный |
||||
1 |
|
|
|||
|
|
образец |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 / 548 / Мамонтовскос |
|
Наработка образцов - 42 дня. Кабель поднят |
||
2 |
|
при температуре -30 °С из-за R m = 0 МОм |
|||
месторождение |
|
||||
|
|
в скважине |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
208/1076/ |
|
Наработка 79 сут. Кабель поднят по геолого- |
||
3 |
Восточносургутскос |
|
техническим мероприятиям при температуре |
||
месторождение |
|
-20 °С. После поднятия был рост токов утечек |
|||
|
|
||||
|
169 / 1326 / Правдинскос |
Наработка 60 сут. Спуск производился при тем |
|||
4 |
пературе -20 °С. Кабель поднят при температуре |
||||
месторождение |
|
-10 °С по причине снижения сопротивления |
|||
|
|
||||
|
|
|
изоляции до 0 МОм |
|
|
5 |
569/3161 /МСН |
|
Наработка 21 день. Кабель поднят из-за |
||
|
/?„, = 0 МОм в скважине |
|
|||
|
|
|
|
||
6 (сле |
|
|
Наработка 16 сут. Спуск кабеля при температу |
||
дующий |
29 / 548 / Мамонтовскос |
|
ре -30 °С. Кабель поднят из-за |
|
|
после |
|
/?,„ = 0 МОм в скважине |
|
||
месторождение |
|
|
|||
образца |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№2) |
|
|
|
|
|
-автосемплер, который загружает образец на весы и разгружает образец с весов;
-платформу автосемплера, имеющую механизм перфорации тигля, который используется вместе с опциональными алюминиевы ми запечатанными тиглями;
-теплообменник, который рассеивает тепло печи;
-модуль подачи газа, который регулирует подачу газа для про дувки на весы и печь.
Для определения присутствия остатков скважинной жидкости
в образцах изоляции применялся метод термогравиметрического ана лиза (ГОСТ 29127-91). В данном опыте проводился нагрев проб ис следуемых образцов с регистрацией изменения их массы. Количест венная оценка содержания скважинной жидкости осуществлялась путем сравнения кривых потери массы, полученных для образцов изоляции, эксплуатировавшихся кабелей, с аналогичной зависимо стью эталонного образца, не бывавшего в эксплуатации.
Термогравиметрический анализ образцов изоляции осуществ лялся в атмосфере инертного газа (азот) при скорости нагрева 5 °С/мин. Для термогравиметрического анализа были подготовлены образцы массой 30 мг в форме параллелепипеда, вырезанные из тол щи изоляции. Результаты исследования приведены на рис. 2.
Из рис. 2 видно, что нагревание эталонного образца (образец 1) до температуры 250 °С не приводит к заметному снижению его массы. При дальнейшем увеличении температуры наблюдается снижение мас сы, связанное с термодеструкцией материала изоляции, т.е. разруше нием материала. Для всех образцов изоляции эксплуатировавшихся кабелей (образцы 2-7) видимое снижение массы наблюдается при дос тижении температуры 70-80 °С, что указывает на наличие в изоляции компонентов скважинной жидкости, таких как вода. Количественная оценка остатков скважинной жидкости была проведена при температу ре 320 °С, при данной температуре испаряются тяжелые фракции неф ти. Процентное содержание остатков скважинной жидкости в изоляции (примеси), полученное при температуре 320 °С, представлено на рис. 2. Максимальное количество примесей содержится в образце 5 (3,38 %), а минимальное - в образце 2 (0,69 %).
образца 6 (см. рис. 4) есть небольшие полости, повреждения, рыхлости. Данные нарушения целостности изоляции приводят к снижению со противления к пробою в процессе эксплуатации кабеля.
Библиографический список
1. Хабас Т.А. Термогравиметрический метод анализа силикат ных материалов. - Томск: Изд-во ТПУ, 2007. - 20 с.
2.Discovery TGA: руководство о начале работы. - 2011. - 15 с.
3.ГОСТ 29127-91. Пластмассы. Термогравиметрический анализ полимеров. Метод сканирования по температуре.
4.Фризен А.Н. Обеспечение показателей надежности нефтепо гружных кабелей на стадии изготовления и в процессе эксплуатации: дис. ... канд. техн. наук. - Томск, 2002. - 127 с.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТРЕХСЛОЙНОГО ТЕЧЕНИЯ
ПОЛИМЕРНЫХ РАСПЛАВОВ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММНЫХ ПАКЕТОВ ANSYS FLUENT И ANSYS CFX
Студент гр. КТЭИ-10 А.В. Бондаренко
Научные руководители: д-р техн. наук, профессор Н.М. Труфанова,
ассистент М.В. Бачурина
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Данная статья посвящена определению полей скоростей, плот ностей и границ раздела потоков полимеров с различными физико реологическими свойствами при совместном наложении трех слоев полимерного покрытия. Реализация сформулированной математиче ской модели стратифицированного течения осуществлялась с помо щью численного метода конечных элементов в программных пакетах ANSYS Fluent и ANSYS CFX. Актуальность разработки математиче ской модели заключается в возможности регулирования границ раз дела сред путем варьирования значений расходов материалов с целью обеспечения заданных толщин слоев, что, в свою очередь, позволяет уменьшить количество брака и повысить качество изоляции
Постановка задачи. Рассматривался процесс течения трех по лимерных несмешиваемых жидкостей в сходящемся канале кабель ной головки [1].
Схема расчетной области трехслойного потока полимерных жидкостей представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема расчетной области трехслойного потока полимерных жидкостей: 1 - первый слой полимера: 2 - второй слой полимера; 3 - третий слой полимера; 4 - фрагмент дорна; А , В - сечения
Первый расплав полимера с объемным расходом Qi подается на
входе Г |, второй - на входе с расходом Q2, третий на входе Г ,3
с расходом Q\. После схождения потоков образуется совместное те чение жидкостей с границей разделения потоков Г3 иГ 4. Г2-- граница выхода трех потоков.
В работе были сделаны следующие допущения: 1) процесс ста ционарный; 2) среда несжимаемая; 3) теплофизические характери стики постоянны; 4) жидкости несмешиваемые.
Математическое описание процесса стратифицированного неизо термического течения полимеров основано на законах сохранения [2].
С учетом сделанных допущений система дифференциальных уравнений для каждого из слоев потока примет следующий вид:
Уравнение неразрывности с учетом допущений модели
|
|
1 Э(г-Уг) |
, |
Эуг = 0 |
|
0 ) |
||||
|
|
г |
|
дг |
|
|
Эг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Уравнения движения с учетом допущений модели |
||||||||||
_э |
Ы |
3(vr) V |
2ц; |
Э К ) |
2 ц > г |
+ |
||||
--Г |
Эг |
+ |
|
|
|
Эг |
г |
|||
Эг |
э |
|
|
|
|
|
||||
|
^Э(уг) | d(vr) y |
ЭР |
|
|||||||
|
+ — |
^ |
Эг |
|
Эг |
у |
Э г ’ |
|
||
Э |
Эг |
|
Э(уг) + |
|||||||
Гм- ГЭ(Уг) I |
|
|
)+ь |
Э(уг) + |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
Эг |
\ |
дг |
Эг |
|
|
|
Эг |
|
Эг |
|
|
|
Э |
2Ц'Э |
Э(уг) |
ЭР |
|
|
|||
|
|
+ — |
Эг |
|
Эz |
|
|
|||
|
|
Эг |
|
|
|
|
|
|||
Уравнение энергии с учетом допущений модели |
||||||||||
|
|
р'С ' |
( |
д(Г) |
|
|
д(Г)) |
|
||
|
|
V. |
-- |
’ + V _ |
■ |
J |
|
|||
|
|
|
^ г |
Эг |
|
|
Эг |
(3) |
||
|
+ ‘ |
э |
Э<Т)1 |
|
Э |
|
|
|||
|
|
К < |
7 >1+ Ф. |
|||||||
|
+ — |
|||||||||
|
г dr V |
|
Эг |
) |
|
dz |
|
Эг |
|
|
Система уравнений (1)-{3) замыкается реологическим уравнением состояния нелинейно-вязкой жидкости в форме степенного закона
/1-1