СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ И СЛИВА ВЫСОКОВЯЗКИХ ТЕКУЧИХ СРЕД
HIGH VISCOUS FLUIDS TRANSPORTATION AND DRAIN METHOD

Изобретение относится к транспорту и разгрузке нефтепродуктов в холодном и вязком состоянии и может быть использовано для повышения эффективности трубопроводного транспорта высоковязких нефтепродуктов и иных текучих сред и для ускоренного опорожнения транспортных емкостей и емкостей хранения нефтепродуктов.
Известен способ транспортировки и слива вязких нефтепродуктов, заключающийся в среднечастотном (от 500-10000 Гц) индукционном нагреве металлических стенок трубопроводов, резервуаров и цистерн. При наведении индуцированного (вихревого) тока внутри металла электромагнитная энергия превращается в тепловую. Выделение тепла способствует повышению температуры пристеночного слоя нефтепродукта и, следовательно, снижению его вязкости и повышению текучести [Макулов И.А., Мамаев Н.М., Конесев С.Г. Применение систем среднечастотного индукционного нагрева при транспортировке нефтепродукта// Научно-технический журнал ″Нефтегазовое дело″. Том 6 (2008). №2].
Недостатком этого способа является недостаточная эффективность при транспорте и разгрузке продуктов в холодном и вязком состоянии.
Наиболее близким к заявляемому объекту является способ транспортировки и слива высоковязких текучих сред, включающий индукционный низкотемпературный нагрев и одновременную вибрацию пристеночного тонкого слоя продукта. Нагрев и вибрационное воздействие осуществляют импульсными токами, протекающими в индукторе, установленном снаружи емкости, и создающими импульсное магнитное поле высокой напряженности, обеспечивающее дополнительно магнитострикционный эффект в корпусе емкости, выполненном из ферромагнитного материала [Патент RU №2458853, кл. B67D 7/04, опубл. 2012 г.].
Недостатком данного способа является расположение индуктора и импульсного генератора, создающего токи в индукторе, с наружной стороны емкости или трубопровода, что увеличивает опасность перегрева самого индуктора от нагреваемой стенки емкости, приводит к необходимости дополнительного применения теплоизоляции индуктора и охлаждения индуктора, приводит к необходимости охлаждения генератора, создающего импульсные токи в индукторе, что в целом снижает КПД системы «индуктор-генератор», а значит, снижает эффективность перекачки и слива высоковязких текучих сред и увеличивает энергетические затраты при перекачке и сливе продукта.
Кроме того, существенным недостатком способа является экранирующий эффект металлической стенки емкости (или трубопровода), что не позволяет создавать электромагнитные поля непосредственно в продукте для улучшения его текучести, и также приводит к повышению энергетических затрат при транспортировке и сливе высоковязкого продукта.
Изобретение направлено на повышение эффективности трубопроводной перекачки и слива высоковязких текучих сред с одновременным снижением энергетических затрат.
Поставленная задача достигается тем, что в способе транспортировки и слива высоковязких текучих сред, включающем низкотемпературный нагрев и вибрацию пристеночного тонкого слоя продукта путем воздействия на металлическую стенку емкости или трубопровода импульсными токами, протекающими по приложенному к стенке емкости или трубопровода индуктору от импульсного генератора, согласно изобретению индуктор и генератор устанавливают внутри емкости или трубопровода и воздействуют непосредственно на продукт электромагнитными, виброакустическими и тепловыми полями, излучаемыми индуктором и генератором.
Повышение эффективности трубопроводной перекачки и слива высоковязких текучих сред при использовании предлагаемого способа объясняется следующим.
Процесс индукционного нагрева корпуса емкости или трубопровода токами Фуко, создаваемыми импульсным электромагнитным полем индуктора, расположенного внутри емкости или трубопровода, сопровождается возникновением сил электромеханического взаимодействия между вихревыми токами, наведенными в стенках корпуса емкости или трубопровода при пересечении их силовыми магнитными линиями импульсного магнитного поля, и самим магнитным потоком. При этом электрическая энергия непосредственно преобразуется в механическую, и импульс давления магнитного поля действует непосредственно на корпус без участия какой-либо передающей среды. Это способствует как нагреву, так и повышению текучести за счет возникающих акустических полей в емкости или трубопроводе. Дополнительно к указанному эффекту создаются условия для воздействия электромагнитного поля на непосредственно сам продукт, что снижает его вязкость, так как при воздействии электромагнитного поля разрушаются высокомолекулярные соединения (парафиновые образования и эмульсии).
Кроме того, при нагреве и вибрационном воздействии импульсными токами, протекающими в индукторе от импульсного генератора, которые установлены внутри емкости или трубопровода, создаются дополнительные потоки циркуляции и перемещения продукта вдоль стенки емкости или трубопровода, что препятствует перегреву индуктора и генератора в процессе их функционирования.
Способ осуществляют следующим образом.
Индуктор и генератор устанавливают внутри емкости или трубопровода, воздействуя непосредственно на продукт электромагнитными, виброакустическими и тепловыми полями, излучаемыми индуктором и генератором, в процессе их функционирования. При этом создаются дополнительные потоки циркуляции и перемещения продукта вдоль стенки емкости или трубопровода, что обеспечивает эффективное охлаждение самого индуктора и генератора как основными, так и вновь созданными потоками движущегося продукта.
Нагрев металлической стенки емкости или трубопровода индукционными токами и вибрация пристеночного тонкого слоя продукта путем воздействия токов, протекающих от импульсного генератора по индуктору, приложенному к стенке емкости или трубопровода, происходит следующим образом.
1. Токи Фуко, наводимые в ферромагнитной металлической стенке трубопровода или емкости от индуктора, приложенного к этой стенке, нагревают металл, вследствие превращения энергии электромагнитного поля индуктора в Джоулево тепло, что обеспечивает значительное снижение вязкости транспортируемого продукта.
2. Ферромагнитные материалы, помещенные в магнитное поле, изменяют свои размеры (магнитострикционный эффект). Если по медному проводнику, из которого выполнен индуктор, наложенный на металлическую поверхность из ферромагнитного материала, из которого выполнен трубопровод или емкость, пропустить изменяющийся ток, то под воздействием изменяющегося магнитного поля, создаваемого вокруг медного проводника, ферромагнитный материал будет деформироваться. Кроме того, электромагнитное взаимодействие медного проводника с током и металлической поверхности из ферромагнитного материала приводит к возникновению притягивающей или отталкивающей электромагнитной силы максимальной при максимальной амплитуде тока и равной нулю при достижении током нулевого значения, и, соответственно, создаются механические колебания металлической поверхности стальной емкости или трубы на частоте пропускаемого по проводникам импульсов тока от генератора. Механическая энергия в свою очередь создает акустические волны, распространяющиеся в средах с разной скоростью распространения звуковой волны. Возникающие упругие колебания распространяются по всей длине трубопровода или емкости в перпендикулярном к ней направлении, причем с различными скоростями: в стали со скоростью звука ~5000 м/с, а в жидкости - со скоростью 1000-1500 м/с.
Эффект магнитострикции и электромагнитного взаимодействия приводит к сильному механическому воздействию на транспортируемый продукт, способствуя более энергичному движению продукта в трубопроводе и сливу продукта из емкости.
При использовании заявляемого способа создается эффект перераспределения механических вибраций, тепла и акустического воздействия, который обусловлен разной физической природой распределения электромагнитных и механических волн.
Таким образом, при размещении индуктора и генератора внутри емкости или трубопровода и воздействии непосредственно на продукт электромагнитными, виброакустическими и тепловыми полями, снижается вязкость продукта (улучшается его текучесть) и создаются дополнительные потоки циркуляции и перемещения продукта вдоль стенки емкости или трубопровода, обеспечивающие охлаждение индуктора и генератора. Это позволит повысить эффективность трубопроводной перекачки и слива высоковязких текучих сред с одновременным снижением энергетических затрат.
Кроме того, установка индуктора и генератора внутри емкости или трубопровода препятствует перегреву индуктора и генератора в процессе их функционирования, так как поток транспортируемого продукта всегда омывает как индуктор, так и генератор, что значительно снижает энергетические затраты и удешевляет индукционную систему в целом.