Способ транспорта вязкой жидкости

 

Сущность изобретения: создают импульс давления. Перед подачей в трубопровод жидкость нагревают до т-ры. достаточной, чтобы выражение (То- Тст) стало больше, чем олср 3.3 и 3,6 соответственно для коротких и длинных труб, где показатель крутизны вискограммы; ТСт - средняя температура стенки трубопровода . Подают в трубопровод и производят увеличение напора в виде импульса длительностью , равной времени прохождения трубопровода. Подаваемый импульс давления превышает значение, определяемое экстремумом функции, определяемой по заданной формуле. 4 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Р 17 0 1/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1

1(Р фа

iC) 1 (21) 4860209/29 (22) 20.08.91 (46) 30,11.92. Бюл. ¹ 44 (71) Казанский химико-технологический институт (72) А.М. Бренер и В.Г. Голубев (56) Патент ClliA N 3791395, кл. 137 — 13,, 1974, (54) СПОСОБ ТРАНСПОРТА ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ (57) Сущность изобретения: создают импульс давления. Перед подачей в трубопровод жидкость нагревают до т-ры, Изобретение относится к способам транспортировки жидкости, в частности к способу ламинарной подачи вязкой жидкости по трубопроводу к объекту.

Известны различные способы транспортировки нефти. В соответствии с указанным источником транспортировки нефти предлагается производить путем перехода в режим больших расходов следующими способами: быстро повысить температуру нагрева нефти: начать закачку в трубопровод менее вязкого продукта, не снижая температуры нагрева нефти: быстро увеличить напор на станциях перекачки подключением дополнительных насосов.

Кроме того, для всех этих способов предлагается выражение для определения потерь напора на перекачку подогретых нефтей:

M (1.2 т, m н- g Pi-" — "- - i) (.%))+Ah. (1)

1=1 d ™.

j где J=1,2,...,М - участки, в пределах которых вязкость нефти с заданной тс чностью считаЫЛ 1778430 А1 достаточной, чтобы выражение в =P (T—

Тс ) стало больше, чем вкр = 3,3 и 3,6 соответственно для коротких и длинных труб, где P — показатель крутизны вискограммы;

Тс — средняя температура стенки трубопровода. Подают в трубопровод и производят увеличение напора в виде импульса длительностью, равной времени прохождения трубопровода. Подаваемый импульс давления превышает значение, определяемое экстремумом функции, определяемой по заданной формуле. 4 ил., 2 табл, ется постоянной и равной ее среднему значению: J — участки длиной lj; Q — расход; Лh— разность геодезических отметок начала и конца трубопровода; Ь вЂ” поправка на неизотермичность потока в радиальном напРавлении; Р р — сРеДнеинтегРальнаЯ вязкость нефти; dl — диаметр трубопровода

) участка;,٠— коэффициент.

Недостатками первых двух способов является сложность их практической реализации, так как весьма трудно быстро повысить температуру большого количества нефти, так же как и не для всякой вязкой жидкости легко найти менее вязкую жидкость, не влияющую на ее свойства или легко отделяющуюся на конечном этапе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является третий способ: быстро увеличить напор на станциях перекачки.

Причем необходимую величину напора определять по предлагаемому выраже11ию (1).

1778430

К недостаткам данного способа относятся: отсутствие конкретных рекомендаций для определения разницы между начальной температурой жидкости на входе в трубопровод и температурой стенки тру- 5 бопровода, либо какой-то взаимосвязи между ними при проведении процесса, так как только при указанных определенных условиях можно воспользоваться предлагаемым способом; применимость данного способа 10 только для нефти; наличие лишь приближенного выражения для определения потерь напора, использующие усредненные показатели без учета таких необходимых параметров, как коэффициенты теплоотда- 15 чи, теплоемкости, плотности и других. Усредненные показатели, являющиеся основой расчета данного выражения, дают искаженную информацию. Это связано с тем, что при различной температуре крутиз- 20 на зависимости напора может значительно отличаться и, следовательно, достигается далеко не всегда существенное увеличение расхода транспортируемой жидкости при максимальном напоре. 25

Целью изобретения является снижение энергозатрат при транспортировке вязких неизотермических жидкостей путем перевода самоохлаждающейся трубопроводной системы в режим минимального гидравли- 30 ческого сопротивления, Цель достигается тем. что в известном способе неиэотермическую вязкую жидкость, находящуюся в трубной системе, предварительно нагревают, а затем воздей- 35 ствуют на нее импульсом давления. Величина этого импульса должна превышать значение, определяемое по предлагаемому выражению;

40 р — 128 О Е +(Еу («,) — Е (Qg)), (2) ал O."" где Ei (в) = f - — d а - интегральный логае 45

0 в рифм; во =.Р (Ти Тст) и NL =p (Т(-Тст) — 6e3размерные температурные напоры на входе (0) и выходе (1 ) из охлаждаемой трубы, при- 50 чем необходимо, чтобы в > вкр.

p =go o8- ° — вязкость жидкости из

-«А(т - т,) формулы Рейнольдса;

P — показатель крутизны вискограммы;

Q- коэффициент теплоотдачи;

Т вЂ” температура;

С вЂ” теплоем кость;

L — расстояние от входа в трубопровод; о — начальное значение;

Т т — средняя температура стенки трубопровода;

Д вЂ” внутренний диаметр трубопровода; р — плотность жидкости;

z=- 3,14;

e=2,73 — основание натурального логарифма;

Q — расход жидкости;

Л Р вЂ” гидравлические потери напора в трубопроводе, Длительность подачи этого импульса определяется временем переходного процесса (до перехода трубопровода в "рабочий" режим). Этот режим характеризуется превышением количества тепла вносимого, потоком жидкости, поступающей в трубопровод, над количеством отводимого тепла через его стенки при транспортировании (самоохлаждение).

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что пуск трубопровода для транспортировки неизотермической жидкости необходимо производить в предлагаемой последовательности. Рассмотрим фиг, 1, на которой представлена напорно-расходная характеристика Л Р= f(Q) при больших значениях (Dp, На фиг. 1 наблюдаются максимум и минимум гидравлического сопротивления.

Транспортировка неизотермической жидкости в режиме, близком к минимуму гидравлического сопротивления Л Р, позволяет значительно увеличить пропускную способность трубопровода при меньших затратах энергии. Перевод трубопровода в этот режим осуществляется путем подачи импульса давления таким образом, чтобы превысить значение 4 Pmax Время подачи

rmln импульса давления Л Р>Л Р<>ах должно соответствовать переходу всего трубопровода в режим т. В из точки А, Ориентировочно Tmln > г — времени прохождения жидкостью всей длины трубопровода, Таким образом. после подачи импульса осуществляется спонтанный гистереэисный переход режима работы трубопровода в область больших расходов„(А - В) при тех же гидравлических потерях Л Р, Характер напорно-расходной характеристики охлаждаемого трубопровода зависит от значения безразмерного параметра во, а экстремум на кривой Л P(Q) появляется только при выполнении условия в > в,р, где в„р — критическое значение параметра.

При в (вкр кривая Ь P(Q) монотонна, Процесс выполняется в следующей последовательности, Для конкретно заданного типа насоса, точнее напорно-расходной характеристики

17 78430 этого насоса и перекачиваемой жидкости. подбирается и, такое, чтобы произошло касание падающей ветви характеристики насоса с кривой Л P(Q) жидкости в точке А (фиг. 2).

Затем нагревают жидкость до температуры Ткр так, чтобы стало больше вкр . При этом произойдет пересечение кривых 1 и 2 в 3-х точках: А, В и С, где режим, соответствующий т, А, — неустойчивый (фиг. 3).

С целью стабилизации режима жидкости передается импульс, определяемый предлагаемым выражением (2), например, с помощью дополнительного насоса (на фиг.

3) — кривая 3 — совместная напорно-расходная характеристика двух насосов). При этом режим трубопровода изображается точкой

Д, Этот режим сопряжен с высоким гидравлическим сопротивлением при большом расходе, хоть и стабилизирован, С целью снижения Л P импульс сбрасывается. Тогда процесс переходит из т. Д в т.

С, характеризующуюся значительно более низким гидравлическим сопротивлением, но высоким расходом и устойчивым режимом.

Описываемый эффект наблюдается только при наличии участка немонотонности у напорно-расходной характеристики трубопровода, что достигается лишь при значении (п >вар, причем для коротких труб и ар=3,2; а для длинных труб акр=3,6.

В свою очередь вр является функцией от разности температур между начальной температурой жидкости на входе в трубу и температурой стенки трубы; ер = f (ЛТ P) == 1(То Тст)р .

Причем для различных вязких жидкостей коэффициент Р отличен. Приведем полученные авторами данные.

В предлагаемом описании используются: фиг, 1 — общий случай напорно-расходной характеристики и фиг. 2 — 4 последовательные случаи вывода трубопровода в рабочий режим.

Преимущества данного способа по сравнению с прототипом.

Наличие конкретных выраженийдля определения начальной температуры нагрева жидкости перед закачкой втрубопровод, величины импульса давления для перехода в оптимальный режим работы и последовательности действий для перехода в этот режим.

Предлагаемый способ применим для оптимизации режима перекачки не только для нефти, но и многих других вязких жидкостей (глицерин, масла и т.n.).

Отсутствием необходимости увел«чения напора на станциях перекачки подключением дополнительных насосов, так как (точный) правильный расчет напора и

5 икр позволит в большинстве случаев использовать один-два насоса, лишь регулируя их производительность.

Эффективность способа выражается в увеличении расхода вязкой жидкости по

10 трубопроводу при ее транспортировке в 10100 раз при одних и тех же затратах, Так. например, в предлагаемом примере она составляет 35-53 раза.

Пример. По трубопроводу длиной

15 10,00 м и диаметром 0.2 м перекачивается подогретый до 120"С глицерин. При этом температура окружающей среды (стенки трубопровода) составляет 20" С

Используя предлагаемое нами расчет20 ное выражение Л P= f(Q), строим графическую зависимость - напорно-расходную характеристику охлаждаемого трубопровода (фиг. 4) и определяем границы неустойчивости. участки возрастающих ха25 рактеристик, необходимое значение импульса давления.

Если падение давления на трубопроводе составляет впредел,ах 1000-1800 Па, то . происходит течение жидкости в одном из

30 двух устойчивых режимов.

Две устойчивые (растущие) ветви напорно-расходной характеристики при этом расположены на значительном расстоянии друг от друга, т.е. в диапазоне падения давления

35 1000-1800 Па устойчивые значения расходов составляют цля первой возрастающей ветви 0,3 — 2 10 м /с, для второй возрастаз ющей ветви в этом же диапазоне перепад давления составляет 16-70 10 м /с.

40 Здесь наглядно представлено преимущество работы охлаждаемого трубопровода на второй возрастающей ветви характеристики. Выигрыш в увеличении расхода при одних и тех же энергозатратах на перекачку составляет: 35 — 53, т.е. в среднем выигрыш составляет 44 раза (см. табл. 2).

Аналогичные опыты были проведены и при других параметрах: Т, 1, Д. Л Р и Q, которые подтвердили увеличение расхода

50 при неи зменных энергозатратах (табл. 2).

Формула изобретения

Способ транспорта вязкой жидкости по трубопроводу путем создания импульса давления, отличающийся тем,что,с

55 целью снижения энергозатрат, перед подачей в трубопровод жидкость нагревают до температуры, достаточной, чтобы выражение ct) ==/) (То — Тст) стало балыке, чем 0+p =

3,2 и 3,5 соответственно дл" коротких и

1778430

Таблица 1

Сравнительный коэффициент крутизны вискограммы

Таблица 2

Таблица результатов экспериментов длинных труб, подают в трубопровод и производят увеличение напора в виде импульса длительностью, равной времени прохождения трубопровода t, причем подаваемый импульс давления превышает значение, определяемое экстремумом функции Л Р =

=f (Q)

128 Ц вЂ” — ðñð <, >—

2 ->.5 е где Еi (N) = f — д со- интегральный логаО Щ рифм; гоо =pro Тст) и М = 3(Tp-Òoò) — безразмерные температурные напоры на входе (О) и выходе () из охлаждаемой трубы, причем необходимом. чтобы а > Np, P — показатель крутизны вискограммы;

a — коэффициент теплоотдачи;

p =p,j(т 1 — вязкость жидкости;

Т вЂ” температура;

С вЂ” теплоем кость:

L — расстояние от входа в трубопровод;

Π— начальное значение;

5 Тст — средняя температура стенки трубопровода;

Д вЂ” внутренний диаметр трубопровода, р — плотность жидкости; е =2,73;

10 Л Р вЂ” гидравлические потери в трубопроводе;

Q — значения расхода,при которых наблюдается на напорно-расходной характеристике локальный максимум;

15 х — координата по длине трубы;

Ре — критерий Пекле;

1-тд0 2

1 т — длина трубы;

Q — расход жидкости в трубе, 1778430

ЬР Ю

Составитель В,Голубев

Техред М.Моргентал Корректор МЯетрова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4177 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5