Способ уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей для транспортировки жидких сред
Владельцы патента RU 2318140:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") (RU)
Изобретение относится к теплоэнергетике, позволяет повысить экономичность, эффективность, надежность и ресурс трубопроводных систем. В способе уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей для транспортировки жидких сред, заключающемся в формировании на поверхностях трубопроводов и оборудования структурированной пленки посредством ввода в жидкую среду поверхностно-активных веществ, до ввода поверхностно-активных веществ готовят эмульсию, насыщенную молекулами этих веществ, дозируют приготовленную эмульсию поверхностно-активных веществ в жидкую среду, суммарная толщина сформированных на внутренних поверхностях трубопроводной сети упорядоченных, структурированных, молекулярных, пленочных слоев поверхностно-активных веществ соизмерима с шероховатостью поверхности, при этом в качестве поверхностно-активных веществ используют биологически и термически не разлагаемые соединения, химически инертные по отношению к транспортируемым средам, например пленкообразующие амины. 2 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к теплоэнергетике и может применяться в химической нефтяной, и других отраслях промышленности и предназначено для использования при эксплуатации трубопроводных сетей.
Известен способ обработки внутренней поверхности трубопроводов химреагентами, описанный в патенте РФ № 2243293, МПК7 C23G 3/04, опубл. 27.12.2004 г. Способ заключается в продвижении сжатого газа через полость трубопровода, ограниченного между двумя разделителями объема жидких химреагентов, подпираемого спереди давлением вытесняемой из трубопровода среды, и отделении от химреагента сжатого газа из верхней части, ограниченной разделителями полости трубопровода, проникающего через неплотности контакта разделителя с трубопроводом, и выбросе его в полость трубопровода с вытесняемой средой, а также введении в вынужденные колебания уровня химреагента в газовом пузыре.
Однако такой способ обладает высокими эксплуатационными затратами и характеризуется низкой эффективностью.
Наиболее близким по технической сущности является способ уменьшения гидродинамического сопротивления при внутренней и внешней задаче течения, например, в системах трубопроводов замкнутого контура циркуляции (см. авторское свидетельство СССР № 436962, МПК7 F17D 1/10, опубл. 25.07.1974 г.), который заключается в том, что у обтекаемой турбулентным потоком жидкости поверхности твердого тела или стенки трубы создается структурированный, не разрушаемый потоком жидкости слой, гасящий турбулентность и препятствующий отрыву пограничного слоя от стенки. Для этого в поток жидкости вводят поверхностно-активные вещества (соли карбоновых кислот, поверхностно-активные вещества, синтезированные на основе фенолов или высших спиртов, лиофильные полимеры и т.п.). Молекулы этих веществ, имеющих большее сродство к материалу, образующему стенку трубы или обтекаемого тела, адсорбируются на поверхности стенки, а внутри потока жидкости молекулы, вследствие своего ассиметричного строения, сцепляются между собой и структурируют жидкость, образуя у поверхности стенки структурированный слой, гасящий турбулентные вихри и препятствующий отрыву жидкости от стенки.
Однако такой способ малоэффективен, т.к. его применение в незамкнутых трубопроводных сетях требует значительного расхода поверхностно-активных веществ, не обеспечивает надежную защиту внутренних поверхностей трубопроводных сетей от коррозии и образования отложений.
Технической задачей изобретения является повышение экономичности, эффективности, надежности и ресурса трубопроводных систем, а также защиты внутритрубной поверхности от коррозии и блокирование процессов образования отложений.
Решение этой технической задачи достигается тем, что в известном способе уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей для транспортировки жидких сред, заключающемся в формировании на поверхностях трубопроводов и оборудования структурированной пленки посредством ввода в жидкую среду поверхностно-активных веществ, до ввода поверхностно-активных веществ готовят эмульсию, насыщенную молекулами этих веществ, дозируют приготовленную эмульсию поверхностно-активных веществ в жидкую среду, суммарная толщина сформированных на внутренних поверхностях трубопроводной сети упорядоченных, структурированных, молекулярных, пленочных слоев поверхностно-активных веществ соизмерима с шероховатостью поверхности, при этом в качестве поверхностно-активных веществ используют биологически и термически не разлагаемые соединения, химически инертные по отношению к транспортируемым средам, например пленкообразующие амины.
Кроме того, формирование упорядоченных, структурированных, молекулярных, пленочных слоев поверхностно-активных веществ на поверхностях может быть осуществлено испарением поверхностно-активных веществ, насыщенных его молекулами.
Формирование упорядоченных, структурированных, молекулярных, пленочных слоев поверхностно-активных веществ на поверхностях может быть осуществлено распылением эмульсии, насыщенной его молекулами.
Дозирование поверхностно-активных веществ может быть осуществлено непосредственно в транспортируемую по трубопроводной сети жидкость.
Кроме того, формирование упорядоченных, структурированных, молекулярных, пленочных слоев поверхностно-активных веществ на поверхностях может быть проведено после предварительного удаления отложений и продуктов коррозии.
Способ осуществляется следующим образом.
До запуска трубопроводной сети в эксплуатацию полости входящего в нее оборудования заполняются подготовленной эмульсией поверхностно-активных веществ и осуществляется формирование упорядоченных, структурированных, молекулярных, пленочных слоев, которое происходит за счет адсорбции молекул поверхностно-активных веществ из жидкой среды, при этом могут быть использованы как специально подготовленные среды, так и дозирование поверхностно-активных веществ в транспортируемую жидкость в процессе эксплуатации трубопроводной сети без останова транспортировки.
Дозирование поверхностно-активных веществ осуществляют на всас штатных насосов трубопроводной сети с помощью специального оборудования, обеспечивающего подачу водной эмульсии или расплава поверхностно-активного вещества.
Поверхностно-активные вещества могут быть использованы для разрыхления и удаления отложений и продуктов коррозии со стенок внутренних полостей трубопроводов и другого технического оборудования.
Проникновение молекул поверхностно-активных веществ, снижающих поверхностное натяжение воды, к внутренним поверхностям оборудования трубопроводной сети приводит к разрыхлению отложений и продуктов коррозии и возникновению «расклинивающего» давления между поверхностью и слоем отложений.
Разрыхленные отложения и продукты коррозии уносятся потоком транспортируемой по трубопроводной сети жидкости, скапливаются в штатных гравитационных и механических фильтрах и удаляются посредством их промывки.
На всем протяжении работ по формированию упорядоченных структурированных молекулярных слоев в перекачиваемой среде поддерживается оптимальная концентрация поверхностно-активных веществ, при этом учитывается скорость движения среды, объем трубопроводной системы и состояние внутренней поверхности трубопроводной сети.
Молекулы поверхностно-активных веществ придают внутренней поверхности трубопроводных сетей высокую гидрофобность за счет строго упорядоченного расположения и ориентации молекул (так называемого частокола Лэнгмюра) в виде сплошных моно- и полимолекулярных пленок.
Адсорбированные упорядоченные, структурированные, молекулярные, пленочные слои поверхностно-активных веществ, суммарная толщина которых соизмерима с шероховатостью поверхности, за счет изменения коэффициента трения молекул транспортируемой жидкости о стенки снижают гидравлическое сопротивление трубопроводной сети, что приводит к сглаживанию исходной шероховатости и рельефа внутренних поверхностей оборудования трубопроводной сети, при этом меняются условия пристенного течения жидкости.
Формирование упорядоченных, структурированных, молекулярных, пленочных слоев поверхностно-активных веществ на поверхностях может быть осуществлено испарением поверхностно-активных веществ, при этом наиболее правильное расположение и ориентация молекул на поверхностях оборудования трубопроводной сети.
Использование предлагаемого изобретения обеспечивает повышение экономичности, эффективности, надежности и ресурса трубопроводных систем, а также защиты внутритрубной поверхности от коррозии и блокирование процессов образования отложений.
1. Способ уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей, используемых для транспортировки жидких сред, заключающийся в формировании на поверхностях трубопроводов и оборудования структурированной пленки посредством ввода в жидкую среду поверхностно-активных веществ, отличающийся тем, что до ввода поверхностно-активных веществ готовят эмульсию в жидкой среде, насыщенную молекулами этих веществ, дозируют приготовленную эмульсию этих веществ в жидкую среду, суммарная толщина сформированных на внутренних поверхностях трубопроводной сети упорядоченных, структурированных, молекулярных, пленочных слоев поверхностно-активных веществ соизмерима с шероховатостью поверхности, при этом в качестве поверхностно-активных веществ используют биологически и термически не разлагаемые соединения, химически инертные по отношению к транспортируемым средам, например пленкообразующие амины.
2. Способ уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей, используемых для транспортировки жидких сред по п.1, отличающийся тем, что формирование упорядоченных, структурированных, молекулярных, пленочных слоев поверхностно-активных веществ на поверхностях осуществляют распылением эмульсии, насыщенной его молекулами.
3. Способ уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей, используемых для транспортировки жидких сред по п.1, отличающийся тем, что формирование упорядоченных, структурированных, молекулярных, пленочных слоев поверхностно-активных веществ на поверхностях осуществляют после предварительного удаления отложений и продуктов коррозии.
