ПОЛИМЕРНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЫСТРОГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ
POLYMER ADMIXTURE FOR RAPID PREPARATION OF HYDRODYNAMICALLY ACTIVE POLYMER SOLUTIONS

Изобретение относится к технике промышленного транспорта водных смесей по трубопроводам для строительной, горно-металлургической, топливной, химической и других смежных отраслей производства и может быть использовано для снижения предельного напряжения сдвига смесей и гидравлических потерь при их транспортировке.
Известно применение гидродинамически активных полимерных добавок, вводимых в малых количествах в перекачиваемые жидкости для снижения гидравлических потерь при их транспортировке. В устройстве для создания в трубопроводе пристенного слоя (а.с. №1739162, F17D 1/16, 1992) для введения в трубопровод маловязкой композиции используют муфту с конусной вставкой, образующей с трубопроводом конусную щель.
Недостатком добавки, используемой в данном устройстве, является недостаточная ее текучесть.
Известно техническое решение (см. Манжай В.Н., Илюшников А.В., Гареев М.М., Несын Г.В. Лабораторные исследования и промышленные испытания полимерной добавки для снижения энергетических затрат на магистральном нефтепроводе. Инженерно-физический журнал, 1993, том 65, №5), в котором эффект от присутствия противотурбулентной присадки оценивают по пороговому напряжению сдвига на стенке конкретного трубопровода.
Недостатком данных полимерных добавок является высокая вязкость и склонность к расслоению.
Известен способ уменьшения потерь на трение при трубопроводном транспорте жидкости по а.с. №872905 (опубл. 15.10.1981 г.) путем подачи в трубопровод раствора поверхностно-активного полимера, например: водного раствора поли-1-карбокси-2-карбамидопропилен-диэтил-амино-3-фенил-бутана.
Недостатком данной добавки является неудобство в использовании: необходимо готовить предварительно водный раствор, а также то, что данная добавка не обладает стабильными характеристиками однородности состава во времени.
2
3
Известна добавка для снижения гидродинамического сопротивления теплоносителя по а.с. 777338 (опубл. 07.11.80), в качестве которой применяется β-[N-метил-N-оленоил]этилсульфонат натрия с электролитами NaCl и NaCO для снижения гидродинамического сопротивления теплоносителя.
Недостатком данной добавки является то, что она хорошо работает только в замкнутой системе.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание полимерной добавки в виде текучей пасты (для работы в открытой системе) на основе полимера, обладающей высокой стабильностью и устойчивостью к расслоению, которая также должна обеспечивать качественное и полное растворение в транспортируемой жидкой среде основного реагента - высокомолекулярного полимера. Полимерная добавка должна выполнять ряд требований, которые позволяют ее использовать в технологических процессах, а именно полимерная добавка должна обладать:
- стабильными характеристиками текучести в широком диапазоне касательных напряжений;
- стабильными характеристиками однородности состава во времени (отсутствие расслоения фаз от времени хранения пасты);
- отсутствием хемодеструкции полимера.
Технический результат достигается тем, что полимерная добавка на основе полимера, содержит в качестве полимера полиокс и дополнительно моющее и консервирующее вещество Амирол-М и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Амирол-М - 63%;
полиокс - 30%;
вода - остальное.
Отличительными признаками предлагаемой полимерной добавки от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, является то, что полимерная добавка содержит в качестве полимера полиокс, дополнительно моющее и консервирующее вещество Амирол-М и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Амирол-М - 63%;
полиокс - 30%;
вода - остальное.
Полимерная добавка вводится в перекачиваемые жидкости в малых количествах для снижения гидравлических потерь при транспортировке жидкостей. Для создания в трубопроводе пристенного слоя необходимо ввести в трубопровод маловязкую композицию, для чего используют специальные устройства, например, изложенные в описании к патенту по а.с. №1739162. При этом достигается снижение турбулентного сопротивления трения перекачиваемой жидкости.
Содержание порошка полиокса в пределах 30% в водном растворе Амирол-М позволяет получить суспензию, которая содержит максимально возможное количество основного реагента (полиокса) в суспензии, обладающей высокой устойчивостью к расслоению при сдвиговом течении, что необходимо для осуществления транспортировки полимерной добавки от места хранения до места ввода в поток. В потоке жидкости полимерная добавка должна раствориться и проявить эффект снижения гидродинамического сопротивления.
Использование жидкого ингредиента Амирол-М, обладающего высокой кинематической вязкостью и одновременно не являющегося растворителем для полиокса, позволяет добиться высокой устойчивости пасты (суспензии) от расслоения в статических условиях. Кроме того, при последующем растворении полимерной добавки (пасты) в потоке жидкости, текущей по трубопроводу, оказывается водный раствор консервирующего вещества Амирол-М, который способствуют замедлению процесса коррозии трубопровода, вызываемой потоком воды. Таким образом, в случае предлагаемой полимерной добавки достигается снижение гидравлического сопротивления гидротрассы при одновременной консервации трубопровода от коррозии.
2
Присадка адсорбционно-активная Амирол-М (ТУ 38-301-48-49-47-97) - это продукт взаимодействия модифицированных жирных кислот аоканноламинов, растворимых в воде, представляет собой однородную вязко-подвижную массу (вязкость кинематическая при 50°С не более 800 мм/с (сСт) с хорошим показателем стабильности (RU 2102448, 20.01.1998).
Водорастворимые полимеры POLYOX - неионогенные, высокомолекулярные, растворимые в воде полимеры поли(этиленоксида). Молекулярный вес колеблется от 100000 до 8000000. Высокомолекулярный полимер полиокс (полиэтиленоксид, ПЭО) представляет собой белый, растворимый в воде порошок, нетоксичный, термопластичный, с характерным слабым запахом (SU 865478, 23.09.1981; SU 777338, 07.11.1980).
Пример.
Полимерная добавка готовится следующим образом:
- в емкость наливают 0,63 кгс моющего и консервирующего вещества Амирол-М;
- к 0,63 кгс Амирола-М добавляют 70 мл воды (дистиллированной) и тщательно перемешивается до получения однородного раствора любой механической мешалкой (миксером);
- в полученный раствор добавляют 0,30 кгс полиокс в виде порошка дисперсностью крупинок не более 60 мкм и тщательно перемешивают механической мешалкой до получения однородной суспензии.
Полученный состав (пасту) переливают в герметичную емкость на случай длительного хранения и транспортировки.
Поскольку эффективность полимерной пасты определяется в основном величиной содержания основного вещества (полимера), то необходимо создавать пасту с максимально возможным содержанием полимера. Однако содержание полимера в пасте ограничивается потерей текучести пасты при достижении определенной величины содержания полимера в создаваемой суспензии. Для суспензии, состоящей из жидкости Амирол-М и порошка полимера, предельное содержание полимера составляет примерно 35%. Важной характеристикой текучести жидких сред является кинематическая вязкость. В суспензии порошка полимера и средства Амирол-М вязкость резко начинает возрастать с преодолением содержания полимера более 20%. Измерения величины кинематической вязкости пасты (суспензии) в зависимости от концентрации полимера при температуре Т=20°С приведены в таблице 1.
Таблица 1
Концентрация полимера в пасте, С, %
0
10
15
20
25
30
35
Кинематическая вязкость, ν, мм<sup>2</sup>/С
800
1100
1600
2500
40000
64000
140000
Добавление в состав пасты воды в малых количествах приводит к снижению вязкости пасты, однако, с повышением концентрации воды вязкость пасты резко возрастает из-за процесса набухания полимера в воде. Данные по вязкости суспензии, содержащей 30% полимера, в зависимости от концентрации воды приведены в таблице 2.
Таблица 2
Концентрация воды в пасте, С,%
0
2
4
6
7
10
12
Кинематическая вязкость, ν, мм<sup>2</sup>/с
40000
36000
3200
28000
27000
40000
90000
Приведенные результаты показывают, полимерная паста, содержащая ингредиенты в следующем соотношении:
Амирол-М - 63%;
полиокс - 30%;
вода - 7%,
обладает минимальной вязкостью, а следовательно, большей текучестью, что необходимо для реализации технологии дозировки полимерной пасты в различных технических приложениях.
Предлагаемым изобретением создана полимерная добавка в виде пасты, содержащей порошок полимера и водного раствора моющего и консервирующего вещества Амирол-М, которую можно транспортировать по разного рода каналам (капиллярам) или просто выдавливать из какой-либо емкости в растворитель, чтобы быстро и эффективно получить раствор, обладающий высокой гидродинамической эффективностью.