PDF《锤磨热解析处理油基钻井液钻屑的效果评价》

3 能耗评价 能量平衡是能耗评价的理论支撑.由于锤磨热 解析的温度不超过

330 ℃,远低于白油的裂解温度, 且进料和产物排放速度较低.因此,假设锤磨热解 析过程没有明显的化学变化,并忽略进料以及产物 的动能与势能变化 [11] .基于以上假设,锤磨热解析 的能量变化可分为

4 部分 :①系统输入能量,用于 系统工作的供电量(QInput) ;

②固相残渣携带能量, 消耗在固相升温的能量(QSolid) ;

③烃类和水蒸气携 带能量,消耗在液相(油和水)升温、汽化及其气 相过热的能量(QVapour 与QHC) ;

④损失热量(QLost) , 如图

5 所示.则建立的能量平衡关系式如下 : (2) 其中,各物质携带的能量 Qi{i ∈ (Soild, HC, Va- pour)} 由其显热和相变潜热组成 [23] ,即(3) 式中 mi 表示物质质量,kg ;

cpi 表示物质各相态的比 热容,kJ/(kg・K) ;

ΔTpi 表示各相态温度变化,K ;

Hi 表示物质的相变焓,kJ/kg. 对于通过筒壁、保温层与镀锌铁皮组成的

3 层 圆管的稳态传热过程,假设锤磨热解析温度为圆管 内侧温度,各层材料的热导率均为常数,层间无接 触热阻 [24] ,则工作时间 t 内系统损失热量(QLost)的 表达式 : (4) 式中 Rλj(j=1,2,3)分别表示筒壁、保温层以及镀 锌铁皮的导热热阻,K/W ;

Rh 表示圆管外侧的复合 换热热阻,K/W ;

ΔTm 表示传热温差,K. 含油钻屑中的固相与油分别采用石灰岩与白油 的热力学参数值 [12] , 环境温度与进料温度均为

25 ℃, 锤磨热解析温度为

310 ℃.表3为连续处理

1 t 含油 钻屑的能量数据,其中供电量 QInput 与实际供电量的 误差在 7% 以内,推测主要的误差产生原因如下 : ①石灰岩、 白油以及水不能完整描述含油钻屑的组分;

②能量形式的简化,忽略了破碎钻屑颗粒能量、钻屑 动能等,不能完整描述锤磨热解析的能量变化 ;

③忽 略了热解气体的化学变化.如考虑以上简化条件,该 误差可以被接受. 图4不同工作温度试验结果图 图5能量平衡图 表3连续处理

1 t 含油钻屑消耗能量数据表 MJ 固相携 带热量 油相携 带热量 水相携 带热量 损失 热量 供电量 实际供 电量 误差 173.30 218.61 258.89 7.74 658.54 705.16 6.61% 热效率为系统有效输出能量与输入能量之比, 而热利用率则为有效热量在系统有效输出能量中的 占比.在建立的锤磨热解析能量系统中,系统输入 能量为实际供电量,系统有效输出能量则包括各物 ・

88 ・ 质携带能量与热损失量两部分,而有效热量仅为各 物质携带能量.因此,分析能量数据(表3)可以 看出 : 1)热损失量仅占实际供电量的 1.10%,说明锤 磨热解析机保温效果较好,将热损失控制在一个较 低的水平. 2) 实际供电量主要消耗在加热含油钻屑各组分, 热效率高达 93.39%,高于节能评价值. 3)相较于电磁热解析技术,锤磨热解析技术利 用钻屑自身摩擦产热,具有更高的热利用率,其值 高达 98.82%. 以上

3 点表明,锤磨热解析技术不仅能够高效 处理含油钻屑,而且节能降耗优势明显.

4 处理量的评价 采用正交试验以评价处理量并研究其主要影响 参数.处理量由式(1)表征, 在既定的试验系统(锤 磨热解析机最大功率

280 kW)以及工作温度

310 ℃、 处理时间

10 min 的试验条件下,系统的处理量取决 于含油钻屑组分与温度,而水、油组分含量是含油 钻屑组分的主要影响因素.因此,选用 L9(34 )正交 表,进行正交分析以考察含水率、含油率及进料温 度对处理量的影响,设计因素水平表如表