СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВЯЗКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ЖИДКОСТЕЙ
VISCOUS OIL PRODUCTS AND FLUIDS TRANSPORTATION METHOD

Предлагаемое техническое решение относится к области транспортировки по трубопроводам вязких нефтепродуктов и жидкостей, плотность которых больше плотности воды, и может найти применение на магистральных нефтепроводах, межзаводских и внутризаводских трубопроводах нефтеперерабатывающих предприятий при перекачке тяжелых жидких углеводородов и продуктов нефтепереработки, а также других высоковязких и неньютоновских жидкостей, имеющих плотность больше плотности воды.
Известна технология транспортировки тяжелых нефтей и битумов в виде эмульсий, в которой дисперсионной фазой является вода с поверхностно-активными веществами ПАВ для создания в сплошной фазе стабильной водной дисперсной эмульсии. (Химические средства и технологии в трубопроводном транспорте нефти / Б.Н. Мастобаев, A.M. Шаммазов, Э.М. Мовсумзаде. - М.: Химия, 2002. - 296 с., стр.123-126).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится расслоение водно-нефтяной эмульсии из-за разности плотностей нефтепродукта или жидкости и воды даже при применении ПАВ, а также высокий расход воды, достигающий 43% от расхода перекачиваемых нефтепродукта иди жидкости. Это приводит к повышению гидравлического сопротивления и энергозатрат при транспортировке тяжелых нефтей и нефтепродуктов по трубопроводу.
Известен способ перемещения вязких нефтей и нефтепродуктов, заключающийся в создании кольцевого концентрического слоя воды у внутренней поверхности трубы и придания потоку нефти и воды вращательного движения лопастными мешалками, установленными за участками, где происходит изменение скоростей потоков по величине или направлению, с угловой скоростью, определяемой по формуле
где ω - угловая скорость вращения мешалки, 1/с;
2
g - ускорение свободного падения, м/с;
R - радиус трубопровода, м (Описание изобретение к патенту РФ №2262035, F15D 1/02, 2005).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится неустойчивость концентрического слоя воды у внутренней поверхности трубы за счет разности плотностей воды и перекачиваемых нефти или нефтепродукта, что приводит к возрастанию гидравлического сопротивления и энергозатрат.
Известен способ извлечения и перемещения высоковязких нефтепродуктов путем образования водных дисперсий в присутствии соленой воды с соленостью более 0,6% по массе и с применением водорастворимых сульфированных дисператоров, содержащих высокомолекулярных фракции от 4 до 25% (Описание изобретения к патенту РФ №2190151, F17D 1/17, 2002).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится расслоение водно-нефтяной эмульсии из-за разности плотностей соленой воды и перекачиваемой нефти, что приводит к повышению гидравлического сопротивления и энергозатрат при транспортировке нефтей и нефтепродуктов.
Известен способ получения стабильной эмульсии и поверхностно-активной добавки для ее приготовления, включающей углеводородную фазу и содержащей природное поверхностно-активное вещество, водную фазу, содержащую электролит и поверхностно-активную добавку, включающую амин, в частности моноэтаноламин и этоксилированный спирт, при содержании поверхностно-активной добавки в количестве, которое эффективно активирует природное поверхностно-активное вещество и стабилизирует эмульсию, а электролита - в количестве от более 10 мас.ч./млн до 100 мас.ч./млн (Описание изобретение к патенту РФ №2142498, C10L 1/32, B01F 3/08, 1998).
К причинам, препятствующим достижения заданного технического результата, относится невозможность создания устойчивого кольцевого слоя воды у внутренней поверхности трубы, так как предлагаемый способ направлен на создание устойчивых водных капель эмульсии внутри сплошной жидкой фазы углеводородов, а для уменьшения гидравлического сопротивления и энергозатрат необходимо устойчивое расслоение дисперсной и сплошной фазы у стенки трубопровода.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту по совокупности признаков и принятым за прототип является способ перемещения вязких нефтей и нефтепродуктов, заключающийся в формировании коаксиального концентрического слоя жидкости у внутренней поверхности трубы путем добавления внутрь водно-спиртового раствора в количестве 17,4-53% массовых, плотность которого равна плотности перекачиваемых нефти или нефтепродукта (Описание изобретения к патенту РФ №2448283, F15D 1/02, 2012).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность использования вводно-спиртового раствора, плотность которого равна плотности тяжелого вязкого нефтепродукта или жидкости для перекачивания их по трубопроводу. В этом случае под действием силы Архимеда кольцевой слой водно-спиртового раствора деформируется: легкий вводно-спиртовой раствор заполняет верхнюю часть трубы, а тяжелая вязкая нефть или нефтепродукт под действием силы тяжести опускается в нижнюю часть трубы, поэтому тяжелая вязкая нефть или нефтепродукт начинают течь без кольцевого вводно-спиртового слоя, что увеличивает гидравлическое сопротивление и энергозатраты на перемещение тяжелой нефти или нефтепродукта.
Задачей предлагаемого технического решения является уменьшение гидравлического сопротивления и энергозатрат при перекачивании по трубопроводу вязких нефтепродуктов и жидкостей, плотность которых больше плотности воды.
Техническим результатом является создание устойчивого кольцевого слоя маловязкого водного раствора жидкости за счет нейтрализации силы тяжести и силы Архимеда, возникающих при разности плотностей вязкого нефтепродукта или жидкости, плотность которых больше плотности воды, и маловязкого водного раствора жидкости, двигающейся в коаксиальном концентрическом слое у внутренней поверхности трубопровода.
Поставленный технический результат достигается тем, что в способе перемещения вязких нефтепродуктов и жидкостей, заключающемся в формировании коаксиального концентрического слоя жидкости у внутренней поверхности трубы путем образования ее водного раствора, плотность которого равна плотности перекачиваемых нефти или нефтепродукта, при этом для образования водного раствора в воду предварительно добавляют поверхностно-активное вещество (ПАВ) - моноэтаноламин в количестве (0,006-0,014)% массовых и смешивают с хлоридом кальция, взятым в количестве (1,1-20)% массовых.
Использование в качестве водного раствора ПАВ моноэтаноламина с концентрациями (0,006-0,014)% массовых, обеспечивающего снижение поверхностного натяжения на границе водного раствора и перекачиваемого вязкого нефтепродукта или жидкости, и хлорида кальция с концентрацией (1,1-20)% массовых, обеспечивающего плотность водного раствора, равную плотности перекачиваемых вязкого нефтепродукта или жидкости, позволяет после формирования кольцевого концентрического слоя этого раствора у внутренней поверхности трубы, обеспечивать его устойчивость по всей длине трубопровода из-за отсутствия разницы сил тяжести и силы Архимеда, заставляющей этот солевой раствор с ПАВ и вязкий нефтепродукт или жидкость перемешиваться друг с другом, а так как при этом вязкость раствора значительно меньше вязкости перекачиваемых вязкого нефтепродукта или жидкости, то гидравлическое сопротивление и энергозатраты уменьшаются.
Растворение в воде ПАВ - моноэтаноламина уменьшает поверхностное натяжение на границе кольцевого слоя «водный раствор - вязкий нефтепродукт или жидкость», предотвращает их перемешивание и увеличивает устойчивость этой границы по всей длине трубопровода.
Уменьшение концентрации ПАВ в воде ниже заявленного предела 0,006% массовых не позволяет увеличить устойчивость границы слоев водного раствора и вязкого нефтепродукта или жидкости, особенно в зоне местных сопротивлений: поворотов, вентилей, задвижек, сужений и расширений трубопровода, что приводит к перемешиванию водного раствора и перекачиваемых вязкого нефтепродукта или жидкости, а значит увеличению гидравлического сопротивления и энергозатрат.
Увеличение концентрации ПАВ в воде выше заявленного предела 0,014% массовых незначительно понижает поверхностное натяжение водного раствора хлорида кальция и не влияет на повышение устойчивости на границе кольцевого слоя «водный раствор - вязкий нефтепродукт или жидкость», а значит не приводит к дополнительному уменьшению гидравлического сопротивления и энергозатрат.
Таким образом, создание маловязкого водного раствора ПАВ, где в качестве ПАВ используют моноэтаноламин с концентрацией (0,006-0,014)% массовых, и хлористого кальция с концентрацией (1,1-20)% массовых, обеспечивающей равенство плотности этого водного раствора с перекачиваемым вязким нефтепродуктом или жидкостью, позволяет увеличить устойчивость при кольцевом двухслойном течении этого раствора с перекачиваемыми вязким нефтепродуктом или жидкостью, когда этот раствор подается в пристенной слой трубопровода, и предотвратить перемешивание раствора и перекачиваемых вязкого нефтепродукта или жидкости за счет нейтрализации турбулентных пульсаций молекулами ПАВ, а равенство плотностей - нейтрализует центробежные силы.
На фигуре представлена схема установки по предлагаемому способу перемещения вязких нефтепродуктов или жидкостей.
2
Установка включает в себе линейные части трубопровода 1 и колено 2 с внутренним диаметром D, дифманометр 3 для измерения перепада давления на всей длине трубопровода. Установка содержит емкость для вязкого нефтепродукта или жидкости 4, в которую опущен всасывающий патрубок центробежного насоса 5, а нагнетательный патрубок 6, имеющий наружный диаметр d (меньший внутреннего диаметра D трубопровода 1 на удвоенную величину коаксиального концентрического слоя водного раствора моноэтаноламина и хлорида кальция CaCl) и установленный осесимметрично на входе с линейной частью трубопровода 1.
2
Для измерения расхода вязкого нефтепродукта или жидкости установлен ротаметр 7, а сам расход регулируется вентилем 8. Установка также содержит смеситель 9 для смешения водного раствора ПАВ - моноэтаноламина с хлористым кальцием с образованием солевого раствора CaCl, плотность которого равна плотности перекачиваемого вязкого нефтепродукта или жидкости, смеситель для воды 10 с мешалкой 11, соединенный трубкой и вентилем 12 со смесителем 9, бак 13 с жидким ПАВ - моноэтаноламином, соединенный трубкой и вентилем 14 со смесителем 10, а также бункер 15 с дозатором 16 для подачи хлористого кальция в смеситель 9. Для измерения плотности вязкого нефтепродукта или жидкости в емкости 4 установлен денсиметр 17, а в смесителе 9 установлен денсиметр 18 для измерения плотности водного раствора ПАВ и хлористого кальция. В смеситель 9 опущен всасывающий патрубок насоса 19, нагнетательный патрубок которого соединен трубкой через вентиль 20 с коаксиальным кольцевым зазором 21, образованным на входе трубопровода 1 нагнетательным патрубком 6. Для измерения расхода водного раствора ПАВ - моноэтаноламина и хлористого кальция, нагнетаемого насосом 19 из смесителя 9 в коаксиальный кольцевой зазор 21, установлен ротаметр 22, а для измерения концентрации ПАВ - моноэтаноламина в воде смеситель 10 снабжен концентратором 23.
Установка по предлагаемому способу перемещения вязких нефтепродуктов или жидкостей работает следующим образом.
Денсиметром 17 измеряют плотность вязкого нефтепродукта или жидкости в емкости 4. Регулируя расход моноэтаноламина из бака 13 в смеситель 10 с помощью вентиля 14, перемешивая моноэтаноламин в воде мешалкой 11, создают раствор заданной концентрации, который контролируют концентратометром 23. Заполняют полученным водным раствором моноэтаноламина заданной концентрации из емкости 10 через трубку с вентилем 12 смеситель 9, подают из бункера 15 с помощью дозатора 16 соль хлорида кальция в смеситель 9. Включают мешалку смесителя 9 и, регулируя расходы водного раствора ПАВ из емкости 10 и соли хлорида кальция из бункера 15 с помощью вентиля 12 и дозатора 16, создают в смесителе 9 водный раствор моноэтаноламина и хлорида кальция с плотностью (которую контролируют денсиметром 18) равной плотности вязкого нефтепродукта или жидкости, которую контролируют денсиметром 17.
Включают центробежный насос 5, которым по нагнетательному патрубку 6 подают вязкий нефтепродукт или жидкость в трубопровод, расход которой устанавливают вентилем 8 и контролируют ротаметром 7. Одновременно включают насос 19, которым по нагнетательному патрубку с вентилем 20 подают в коаксиальный кольцевой зазор 21 водный раствор моноэтаноламина и хлорида кальция из смесителя 9. Расход этого водного раствора контролируют ротаметром 22.
Так как плотности перекачиваемых вязкого нефтепродукта или жидкости, подаваемых по нагнетательному патрубку центробежного насоса 5, и водного раствора моноэтаноламина и хлористого кальция, подаваемого в коаксиальный кольцевой зазор 21, равны, то силы тяжести и силы Архимеда перекачиваемого вязкого нефтепродукта или жидкости и водного раствора моноэтаноламина и хлористого кальция будут также равны, а значит коаксиальный слой водного раствора моноэтаноламина и хлорида кальция будет устойчиво двигаться вдоль внутренней поверхности трубопровода 1, а перекачиваемый вязкий нефтепродукт или жидкость внутри этого коаксиального концентрического слоя водного раствора моноэтаноламина и хлорида кальция.
Содержащийся в водном растворе хлорида кальция моноэтаноламин в заявленных в формуле изобретения концентрациях повышает поверхностное натяжение на границе этого раствора с перекачиваемым вязким нефтепродуктом или жидкостью, а значит увеличивает устойчивость этой границы по всей длине трубопровода, предотвращает перемешивание водного раствора с вязким нефтепродуктом или жидкостью, снижает гидравлическое сопротивление и энергозатраты.
Кроме того, так как водный раствор моноэтаноламина и хлорида кальция имеет вязкость, значительно меньшую вязкости перекачиваемых вязкого нефтепродукта или жидкости, то гидравлическое сопротивление, измеряемое дифманометром 3, и энергозатраты будут намного меньше на всех участках трубопровода 1, потому что перекачиваемый вязкий нефтепродукт или жидкость не соприкасаются с внутренней поверхностью трубопровода.
3
3
3
Пример 1. Необходимо перекачивать мазут M100 при температуре 20°С плотностью ρ=1015 кг/м и динамической вязкостью µ=81,2 Па·с [Жидкое топливо (котельный мазут) (Электронный ресурс). - 2012. - Режим доступа: httphttp://www.sergey_osetrov.narod.ru/Projects/Boiler/FLUID_FUEL_OR_BOILER_FUEL_OIL.htm] на расстояние L=10 км в трубопроводе диаметром D=0,1 м с расходом q=0,001 м/с или 3,6 м/час. Содержание моноэтаноламина в водном растворе принимаем равным нижнему пределу, заявляемому в формуле изобретения - 0,006% массовый.
1
2
1
-3
Этот раствор приготавливают в смесителе 10 при работе мешалки 11, а моноэтаноламин подают в смеситель 10 из бака 13. Концентрацию контролируют концентратомером 23. Далее выбираем по справочникам водный раствор хлористого кальция, имеющий при t=20°C и массовой концентрацией x=1,6% плотность, равную плотности перекачиваемого мазута, при этом динамическая вязкость этого раствора CaCl составляет µ=1,35·10 Па·с (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Издание 8. Л.: Химия, 1976, с.520-521). Этот раствор, как и вода, плохо растворим в мазуте и имеет вязкость, в 60 тыс. раз меньшую, чем вязкость мазута.
1
-6
3
3
Для формирования коаксиального концентрического слоя у внутренней поверхности трубы из этого водного раствора ПАВ - моноэтаноламина и хлористого кальция толщиной δ=1 мм его расход должен составлять q=5,03·10 м/c или 0,018 м/час. Этот расход подают насосом 19 из смесителя 9 в коаксиальный кольцевой зазор 21, регулируют его подачу вентилем 20 и контролируют расход ротаметром 22.
3
3
По нагнетательному патрубку 6 диаметром d=98 мм центробежного насоса 5 мазут с плотностью ρ=1015 кг/м подают на вход линейной части трубы 1 диаметром D=100 мм с заданным расходом q=3,6 м/час, который регулируют вентилем 8 и контролируют ротаметром 7.
Так как плотности перекачиваемого мазута и водного раствора ПАВ и хлорида кальция равны, то обе жидкости, не смешиваясь, движутся вдоль линейной части трубопровода 1. На повороте в колене 2 они также не смешиваются, так как центробежные силы обеих жидкостей из-за равенства плотностей будут равны, а водный раствор ПАВ - моноэтаноламина увеличивает устойчивость границы раздела обеих жидкостей за счет снижения поверхностного натяжения.
При этом доля расхода раствора хлорида кальция составляет 0,5% от расхода перекачиваемого мазута.
-2
Гидравлическое сопротивление на 10 км трубопровода составляет 2,86 ат, а удельные энергозатраты Е=7,7·10 кВт·час/т.
-2
При перекачке такого мазута с раствором метилового спирта в воде по способу, выбранному за прототип, с характеристиками, указанными в таблице, гидравлическое сопротивление составит 4,37 ат, а удельные энергозатраты Е=11,8·10 кВт·час/т, то есть возрастают в 1,52 раза. Это связано с невозможностью уравнивания плотности перекачиваемого мазута с плотностью спиртового раствора, что приводит к перемешиванию перекачиваемого мазута с этим спиртовым раствором, созданию эмульсии и потере на некоторой длине трубопровода маловязкого пристенного кольцевого слоя, а отсутствие ПАВ - молекул моноэтаноламина не позволяет нивелировать турбулизацию потоков обеих жидкостей на их кольцевой границе в трубе, особенно в местных сопротивлениях, что снижает устойчивость течения маловязкого раствора и перекачиваемого мазута.
Пример 2. Тот же мазут, температура, расход, диаметр и длина трубопровода, тот же раствор хлористого кальция, его расход и вязкость, та же толщина коаксиального концентрического слоя, что и в примере 1, но концентрация ПАВ - 0,01% массовый, то есть средняя для заявляемого по формуле изобретения диапазона концентраций ПАВ.
Гидравлическое сопротивление составляет 2,7 ат, а удельные энергозатраты 0,073 кВт·час/т, то есть уменьшаются в 1,62 раза по сравнению со способом, выбранным за прототип.
Пример 3. Те же параметры мазута и хлористого кальция, что и в примерах 1 и 2, те же параметры трубопровода, но концентрация ПАВ - 0,014% массовых, то есть наибольшая для заявляемого по формуле изобретения диапазона концентраций ПАВ.
Гидравлическое сопротивление 2,68 ат, а удельные энергозатраты 0,0723 кВт·час/т то есть уменьшаются в 1,63 раза по сравнению со способом, выбранным за прототип.
Пример 4. Те же параметры мазута и водного раствора хлористого кальция и трубопровод, что и в примерах 1-3, но в отсутствие ПАВ - моноэтаноламина (контрольный пример).
2
Гидравлическое сопротивление 3,46 ат, а удельные энергозатраты 0,0875 кВт·час/т, то есть снижаются в 1,26 раза, по сравнению со способом, выбранным за прототип, но выше на 20-29% по сравнению с водным раствором CaCl и ПАВ - моноэтаноламином (по заявленному способу).
3
-6
3
Пример 5. Необходимо перекачать кремнийорганическую жидкость марки КРП с плотностью ρ=1200 кг/м и динамической вязкостью µ=8600 Па·с (Справочник химика / ред. Б.П. Никольский, т.6. - Л.: Химия, 1967 г., 1011 с.) при температуре t=20°C на расстояние L=10 км расходом q=5,56·10 м/с (20 л/час) по трубопроводу диаметром D=0,01 м.
Добавляют в воду ПАВ - моноэтаноламин с созданием водного раствора с концентрацией ПАВ - 0,006% массовых, соответствующей нижнему пределу в формуле изобретения.
1
1
1
3
-3
6
-7
3
Выбирают по справочникам водный раствор ПАВ с хлористым кальцием, имеющим при температуре t=20°C и массовой концентрации х=21% плотность ρ=1200 кг/м, равную плотности перекачиваемой кремнийорганической жидкости марки КРП, и динамическую вязкость µ=2,25·10 Па·c. Этот водный раствор моноэтаноламина с концентрацией 0,006% массовых, соответствующей нижнему пределу в заявляемом диапазоне концентрацийй, и хлористого кальция плохо растворим в перекачиваемой жидкости и имеет вязкость, в 3,8·10 раз меньшую, чем кремнийорганическая жидкость марки КРП. Сначала приготовляют водный раствор моноэтаноламина в воде в смесителе 10 с мешалкой 11, а концентрацию контролируют концентратомером 23. 21% раствор хлористого кальция в водном растворе моноэтаноламина приготовляют в смесителе 9, его плотность контролируют денсиментром 18 и насосом 19 подают в коаксиальный кольцевой зазор 21 с расходом q=1,44·10 м/с, регулируя его подачу вентилем 20, и контролируют ротаметром 22.
-6
3
По нагнетательному патрубку 6 диаметром d=39 мм из емкости 4 насосом 5 подают перекачиваемую кремнийорганическую жидкость марки КРП с заданным расходом q=5,56·10 м/с в трубопровод, регулируя его вентилем 8, и контролируют этот расход ротаметром 7.
Так как плотности перекачиваемой кремнийорганической жидкости марки КРП и водного раствора ПАВ и хлорида кальция равны, то обе жидкости, не смешиваясь, движутся вдоль линейной части трубопровода 1. На повороте в колене 2 они также не смешиваются, так как центробежные силы обеих жидкостей также равны, при этом доля расхода раствора хлорида кальция составляет 2,6% от расхода кремнийорганической жидкости, а молекулы ПАВ подавляют турбулизацию на кольцевой границе водного раствора с перекачиваемой жидкостью и повышают устойчивость этой границы за счет снижения поверхностного натяжения.
Гидравлическое сопротивление на 10 км трубопровода составит 8,63 ат, а удельные энергозатраты Е=0,275 кВт·час/т. При перекачке этой кремнийорганической жидкости с раствором метилового спирта в коаксиальном кольцевом слое по способу, выбранному за прототип, гидравлическое сопротивление составит 14,8 ат, а энергозатраты Е=0,47 кВт·час/т, то есть возрастают в 1,71 раза.
Это связано с невозможностью уравнивания плотности кремнийорганической жидкости марки КРП с плотностью спиртового раствора, что приводит к перемешиванию обеих жидкостей, созданию эмульсии и потере маловязкого пристенного кольцевого слоя. Кроме того, отсутствие молекул ПАВ - моноэтаноламина не позволяет нивелировать турбулизацию на кольцевой границе водного раствора с перекачиваемой жидкостью и приводит к потере устойчивости их двухслойного кольцевого течения, что повышает гидравлическое сопротивление и энергозатраты.
2
Пример 6. Те же параметры перекачиваемой кремнийорганической жидкости марки КРП, водного раствора CaCl и ПАВ - моноэтаноламина и трубопровода, что и в примере 5, но при концентрации ПАВ - 0,01% массовый, то есть соответствующей средней концентрации для заявляемого по формуле изобретения диапазону концентраций ПАВ - моноэтаноламина.
Гидравлическое сопротивление составляет 7,26 ат, а удельные энергозатраты - 0,232 кВт·час/т, то есть уменьшаются по сравнению со способом, выбранным за прототип, в 2,03 раза.
2
Пример 7. Те же параметры перекачиваемой кремнийорганической жидкости марки КРП, водного раствора CaCl, и трубопровода, что и в примерах 5 и 6, но концентрация ПАВ - 0,014% массовых, то есть наибольшая для заявляемого по формуле изобретения диапазона концентраций ПАВ.
Гидравлическое сопротивление составляет 7,2 ат, а удельные энергозатраты - 0,23 кВт·час/т, то есть уменьшается в 2,05 раза по сравнению со способом, выбранным за прототип.
2
Пример 8. Те же параметры перекачиваемой кремнийорганической жидкости марки КРП, водного раствора CaCl, и трубопровода, что и в примерах 5-7, но в отсутствие ПАВ.
2
Гидравлическое сопротивление 11,9 ат, а удельные энергозатраты 0,38 кВт·час/т, то есть уменьшаются по сравнению со способом, выбранным за прототип, в 1,24 раза, но выше на (38-65)% по сравнению с водным раствором CaCl и ПАВ - моноэтаноламином, что объясняется повышением поверхностного натяжения на границе раздела фаз водного раствора и перекачиваемой жидкости.
Результаты исследования по перемещению вязких нефтепродуктов или жидкостей систематизированы в таблице.
Таблица
Способ перемещения
Гидравлическое сопротивление по всей длине трубопровода, ат
Удельные энергозатраты, кВт·час/т
1
2
3
Пример 1
2,86
0,077
Предлагаемый способ перемещения мазута M100:
вязкость µ=81,2 Па·с, плотность ρ=1015 кг/м<sup>3</sup>,
температура t=20°C,
расход q=0,001 м<sup>3</sup>/с (3,6 м<sup>3</sup>/час),
диаметр трубопровода D=0,1 м,
длина L=10 км;
концентрация ПАВ - 0,006% массовых, то есть нижний предел для заявляемого по формуле изобретения диапазона концентраций ПАВ - моноэтаноламина.
Водный раствор хлористого кальция с концентрацией x<sub>1</sub>=1,6%;
плотность раствора ρ<sub>1</sub>=1015 кг/м<sup>3</sup>;
расход q<sub>1</sub>=5,03·10<sup>-6</sup> м<sup>3</sup>/с;
вязкость µ<sub>1</sub>=1,35·10<sup>-3</sup> Па·с;идет на формирование коаксиального концентрического слоя у внутренней поверхности трубы толщиной δ=1 мм.
Способ по прототипу - те же мазут и трубопровод: раствор метилового спирта в воде при наименьшей концентрации спирта в воде, равной x<sub>1</sub>=17,4%, и соответствующей наиболее близкой плотности этого раствора к плотности мазута ρ<sub>1</sub>=971 кг/м<sup>3</sup>;
4,37
0,118
расход q<sub>1</sub>=5,03·10<sup>-6</sup> м<sup>3</sup>/с;
вязкость p<sub>1</sub>=0,00151 Па·с;
идет на формирование коаксиального концентрического слоя у внутренней поверхности трубы толщиной δ=1 мм.
Пример 2
2,7
0,073
Те же параметры мазута, водного раствора CaCl<sub>2</sub> и трубопровода, но концентрация ПАВ - 0,01% массовый, то есть средняя для заявляемого по формуле изобретения диапазона концентраций ПАВ.
Пример 3
2,68
0,0723
Те же параметры мазута, водного раствора CaCl<sub>2</sub> и трубопровода, что и в примерах 1 и 2, но концентрация ПАВ - 0,014% массовый, то есть верхний предел для заявляемого по формуле изобретения диапазона концентраций ПАВ.
Пример 4 (контрольный)
3,46
0,0875
Те же параметры мазута, водного раствора CaCl<sub>2</sub> и трубопровода, что и в примерах 1-3, но в отсутствие ПАВ - моноэтаноламина.
Пример 5
8,63
0,275
Предлагаемый способ перемещения кремнийорганической жидкости марки КРП:
вязкость µ=8600 Па·с;
плотность ρ=1200 кг/м<sup>3</sup>;
температура t=20°C;
расход q=5,56·10<sup>-6</sup> м<sup>3</sup>/с (20 л/час);
диаметр трубопровода D=0,01 м;
длина L=10 км;
концентрация ПАВ - 0,006% массовых, то есть нижний предел для заявляемого по формуле изобретения диапазона концентраций ПАВ - моноэтаноламина.
Водный раствор хлористого кальция с концентрацией x<sub>1</sub>=21%;
плотность раствора ρ<sub>1</sub>=1200 кг/м<sup>3</sup>;
расход q<sub>1</sub>=1,44·10<sup>-7</sup> м<sup>3</sup>/с;
вязкость µ<sub>1</sub>=2,25·10<sup>-3</sup> Па·с;
идет на формирование коаксиального концентрического слоя у внутренней поверхности трубы толщиной δ=0,5 мм.
Способ по прототипу - те же кремнийорганическая жидкость марки КРП и трубопровод: раствор метилового спирта в воде при наименьшей концентрации спирта в воде, равной x<sub>1</sub>=17,4%;
14,8
0,47
расход q<sub>1</sub>=1,44·10<sup>-7</sup> м<sup>3</sup>/с;
вязкость µ<sub>1</sub>=0,00151 Па·с;
идет на формирование коаксиального концентрического слоя у внутренней поверхности трубы толщиной δ=0,5 мм.
Пример 6
7,26
0,232
Те же параметры кремнийорганической жидкости марки КРП, водного раствора CaCl<sub>2</sub> и трубопровода, что и в примере 5, но концентрация ПАВ - 0,01% массовый, то есть средняя для заявляемого по формуле изобретения диапазона концентраций ПАВ.
Пример 7
7,2
0,23
Те же параметры кремнийорганической жидкости марки КРП, водного раствора CaCl<sub>2</sub> и трубопровода, что и в примерах 5 и 6, но концентрация ПАВ - 0,014% массовый, то есть верхний предел для заявляемого по формуле изобретения диапазона концентраций ПАВ.
Пример 8 (контрольный)
11,9
0,38
Те же параметры кремнийорганической жидкости марки КРП, водного раствора CaCl<sub>2</sub> и трубопровода, что и в примерах 5-7, но в отсутствие ПАВ - моноэтаноламина.
Анализ результатов, приведенных в примерах 1-4 для способа перемещения мазута М-100, показывает, что при концентрации ПАВ - моноэтаноламина, соответствующей нижнему пределу для заявляемого по формуле изобретения диапазона концентраций, равного 0,006% массовых, гидравлическое сопротивление и удельные затраты электроэнергии снижаются на 52% по сравнению со способом, выбранным за прототип, а в отсутствие ПАВ на 30% (см. в примере 1 способ по прототипу и контрольный пример 4).
С повышением концентрации ПАВ до среднего значения в заявляемом по формуле изобретения диапазоне изменения этой концентрации 0,01% массовых (см. пример 2) гидравлическое сопротивление и удельные затраты электроэнергии снижаются еще больше - на 62% по сравнению со способом, выбранным за прототип.
Дальнейшее повышение концентрации ПАВ до верхнего предела в заявляемом по формуле изобретения диапазоне изменения этой концентрации 0,014% массовых гидравлическое сопротивление и удельные затраты электроэнергии также снижаются, но незначительно (см. пример 2 и 3), то есть увеличивать концентрацию ПАВ - моноэтаноламина сверх верхнего предела, заявленного в формуле изобретения, нецелесообразно.
Аналогичный анализ результатов, приведенных в примере 5 для способа перемещения кремнийорганической жидкости марки КРП, показывает, что при концентрации ПАВ - моноэтаноламина, соответствующей нижнему пределу для заявляемого по формуле изобретения диапазона концентраций, равному 0,006% массовых, гидравлическое сопротивление и удельные затраты электроэнергии снижаются на 71% по сравнению со способом, принятым за прототип, в отсутствие ПАВ на 26% (см. в примере 5 способ по прототипу и пример 8).
С повышением концентрации ПАВ до среднего значения в заявляемом по формуле изобретения диапазоне изменения этой концентрации 0,01% массовый (см. пример 6) гидравлическое сопротивление и удельные затраты электроэнергии снижаются еще больше - на 103% по сравнению со способом, выбранным за прототип.
Дальнейшее повышение концентрации ПАВ до верхнего предела в заявляемой по формуле изобретения диапазоне изменения этой концентрации 0,014% массовых гидравлическое сопротивление и удельные затраты электроэнергии также снижаются, но незначительно (см. пример 6 и 7), то есть увеличивать концентрацию ПАВ - моноэтаноламина сверх верхнего предела, заявленного в формуле изобретения, нецелесообразно.
Таким образом, предлагаемый способ перемещения вязких нефтепродуктов и жидкостей, заключающийся в формировании коаксиального концентрического слоя водного раствора моноэтаноламина с концентрациями (0,006-0,014)% массовых и хлорида кальция с концентрациями (1,1-20)% массовых, обеспечивающих плотность водного раствора, равную плотности перекачиваемых вязкого нефтепродукта или жидкости, позволяет снизить гидравлическое сопротивление и энергозатраты на 50-100% за счет устойчивого движения этого слоя у стенки трубопровода без перемешивания с перекачиваемыми вязким нефтепродуктом или жидкостью и предотвращения вихреобразования на кольцевой границе маловязкого водного раствора с высоковязким нефтепродуктом или жидкостью.