Исследование низкотемпературной перекачки дизельного топлива
Authors: Королёнок Анатолий Михайлович , Ларионов Сергей Владимирович , Челинцев Сергей Николаевич 
Published: December 2024

Для прогнозирования поведения нефти и нефтепродуктов в трубопроводах необходимо выявить оптимальные режимы перекачки нефти для повышения эффективности и снижения энергопотребления. Важнейшим аспектом изучения неньютоновских свойств нефтей и нефтепродуктов является выявление правильной реологической модели течения и точное определение ее параметров. В статье рассматриваются гидродинамические аспекты низкотемпературной перекачки дизельного топлива. Реализованы экспериментальные исследования реологии дизельного топлива и его перекачки на базе разработанной установки. Эксперименты были реализованы для различных температур. Отмечен переход к неньютоновскому течению при понижении температуры дизельного топлива. Проведено определение вида модели течения при помощи метода структурной минимизации среднего риска. Для выявленной реологической модели разработан алгоритм расчета процесса течения. Проведен выбор из совокупности известных законов неньютоновского течения жидкостей: степенной модели Оствальда – де Ваале, вязкопластичной жидкости Шведова – Бингама и нелинейно-вязкопластичной жидкости Гершеля – Балкли. Наиболее адекватные результаты с минимальной погрешностью для рассматриваемого образца дизельного топлива показала модель Гершеля – Балкли, для которой был разработан оригинальный алгоритм определения расхода перекачки по заданному перепаду температур. С целью проверки методов и алгоритмов расчета данного процесса проведено сравнение результатов расчетов с данными, полученными в результате экспериментов, проведенных на кафедре нефтепродуктообеспечения и газоснабжения РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина. Авторами разработана оригинальная установка, реализующая низкотемпературную перекачку дизельного топлива. С целью реализации течения при отрицательных температурах использована термостатирующая емкость, что давало возможность обеспечить перекачку дизельного топлива по нагнетательной линии с различными температурными режимами. Исследованы аспекты перехода при снижении температуры к неньютоновскому течению, а также ламинарно-турбулентного перехода при увеличении скорости течения. Отмечена удовлетворительная сходимость значений, рассчитанных по методике для ламинарного режима с данными, полученными при использовании экспериментальной установки.

To predict the behavior of oil and petroleum products in pipelines, it is necessary to identify optimal oil pumping modes to increase efficiency and reduce energy consumption. The most important aspect of studying the non-Newtonian properties of oils and petroleum products is to identify the correct rheological flow model and accurately determine its parameters. The article discusses the hydrodynamic aspects of low-temperature pumping of diesel fuel. Experimental studies of the rheology of diesel fuel and its pumping have been carried out on the basis of the developed installation. The experiments were implemented for different temperatures. The transition to a non-Newtonian flow is noted with a decrease in the temperature of diesel fuel. The type of flow model was determined using the method of structural minimization of the average risk. An algorithm for calculating the flow process has been developed for the identified rheological model. A selection is made from a set of known laws of non-Newtonian fluid flow: the Ostwald – de Waale power model, the Shvedov – Bingham viscoplastic fluid and the Bulkley – Herschel nonlinear viscoplastic fluid. The Bulkley – Herschel model showed the most adequate results with minimal error for the considered diesel fuel sample, for which an original algorithm for determining the pumping flow rate for a given temperature difference was developed. In order to verify the methods and algorithms for calculating this process, the calculation results were compared with the data obtained as a result of experiments conducted at the Department of Petroleum Products and Gas Supply at Gubkin Russian State University of Oil and Gas (NRU). The authors have developed an original installation that implements low-temperature pumping of diesel fuel. In order to realize the flow at negative temperatures, a thermostatic tank was used, which made it possible to pump diesel fuel through a discharge line with different temperature conditions. Aspects of the transition to a non-Newtonian flow with a decrease in temperature, as well as a laminar-turbulent transition with an increase in flow velocity, are studied. The satisfactory convergence of the values calculated by the method for the laminar regime with the data obtained using the experimental setup is noted.