Спосіб підвищення швидкості транспортування рідких вуглеводнів по трубопроводу

Спосіб підвищення швидкості транспортування рідких вуглеводнів по трубопроводу в кавітаційно-хвильовому полі, що направлено перпендикулярно напрямку потоку рідини та створено шляхом 3 12988 4 що направлено перпендикулярно напрямку потоку де - коефіцієнт в'язкості рідини. Коефіцієнт рідини та створено шляхом генерування стоячої гідравлічного опору наступним чином залежить хвилі в резонансному режимі, згідно корисної мовід х: делі, на окремій ділянці лінійної частини діючого x трубопроводу щільно до зовнішньої стінки труби x 1 e l (3) 0 та в акустичному контакті з нею розташовують ультразвукові випромінювачі в одному поперечноТепер формула (1) для швидкості транспортуму перерізі трубопроводу, живлячу резонансну напругу на які подають паралельно від одного ульвання рідини V1 набуває вигляд: тразвукового генератора, потужність та частоту якого підбирають за умов створення в усьому поперечному перерізі потоку рідини, що транспорту2d P 2 ється, акустичного поля з інтенсивністю, яка переV1 (4) x вищує поріг виникнення кавітації. L 0 1 e l dx Корисна модель, що пропонується, дозволяє отримати стійке кавітаційно-хвильове поле, в яко0 му реалізується розвинена кавітація. Кавітаційні Обчислюючи інтеграл з урахуванням: L>>l, бульбашки при своєму схлопуванні викликають отримаємо значення швидкості V1 : потужні імпульси тиску в рідині, що призводить до її інтенсивного перемішування. При цьому зміню2d P l d2 V V1 1 V 1 (5) ються фізичні властивості рідини, зокрема, змен2L 32 L 0 L L шується її в'язкість. Найбільша інтенсивність кавіЦя формула відповідає максимально можлитаційно-хвильового поля існує біля стінки труби, вому підвищенню швидкості транспортування ріщо сприяє відриву гальмуючого пограничного турбулентного шару та його ламінарного підшару від дини від значення V до V1 , оскільки ми припустистінки і сприяє зменшенню значення коефіцієнта ли, що, згідно запропонованої корисної моделі, гідравлічного опору в трубопроводі до його мінікоефіцієнт гідравлічного опору в точці х=0 був мального значення, яке визначається лише велизменшений до 0. У відповідності до формули (5) чиною абсолютної шорсткості труби. Ці ефекти максимальне підвищення швидкості рідини, що спричиняють підвищення швидкості рідких речотранспортується, (або її витрат) складає вин, то транспортуються. V1 V d2 V 100% 100% Швидкість транспортування рідини V , усред(6) 32 L V нена по поперечному перерізу труби, наступним чином залежить від різниці значень тиску ΔР на Слід відзначити, що ця величина не залежить кінцях лінійної ділянки трубопроводу довжини L, явно від різниці значень тиску на кінцях лінійної діаметру труби d, безрозмірного коефіцієнту гідраділянки трубопроводу. Поставлена задача вирішується тим, що для влічного опору 0 та щільності рідини [1]: підвищення швидкості транспортування рідких 2d P V2 вуглеводнів по трубопроводу в кавітаційно(1) L 0 хвильовому поле, що направлено перпендикулярПрипустимо, що пристрій, який реалізує зано напрямку потоку рідини та створено шляхом пропоновану корисну модель, розташований в генерування стоячої хвилі в резонансному режимі, початковій точці лінійної ділянки трубопроводу та згідно корисної моделі, на окремій ділянці лінійної має значення координати х, котра відраховується частини діючого трубопроводу щільно до зовнішуздовж осі труби: х=0. Припустимо, що в цій точці ньої стінки труби та в акустичному контакті з нею за рахунок фізичних ефектів, які були описані вирозташовують ультразвукові випромінювачі в одще, значення коефіцієнту гідравлічного опору було ному поперечному перерізі трубопроводу, живлячу зменшено до нуля (чи набуло мінімального знарезонансну напругу на які подають паралельно від чення, яке визначається лише шорсткістю труби). одного ультразвукового генератора, потужність та При цьому швидкість транспортування рідини зрочастота якого підбирають за умов створення в сла до значення V1 . Внаслідок неперервності поусьому поперечному перерізі потоку рідини, що транспортується, акустичного поля з інтенсивністоку нестисливої рідини це значення швидкості тю, яка перевищує поріг виникнення кавітації. зберігається вздовж усій довжини трубопроводу. Спосіб пояснюється Фіг.1 - схемою приладу, Час релаксації коефіцієнта гідравлічного опору який створює кавітаційно-хвильове поле. На зовдо його початкового значення 0 та характерна нішній стінці трубопроводу (1), по якому тече рідидовжина релаксації l збурень, які були створені на (2), щільно з нею за допомогою звуковідбівної кавітацією, визначаються діаметром труби, середмуфти (3) закріплено16 п’єзокерамічних ультразньою швидкістю транспортування рідини, її щільнівукових випромінювачів (4) на однаковій відстані стю та в'язкістю [1]: один від одного в одному поперечному перерізі d2 труби. Живляча напруга на випромінювачі подається паралельно від одного УЗ генератора (5), 16 (2) частота та потужність котрого є регульовані. 2 d V1 На Фіг.2 наведено розрахований розподіл інl V1 16 тенсивності акустичного поля, яке створюється даним пристроєм, в поперечному перерізі потоку 5 12988 6 нафти, що транспортується. Частота ультразвуку В результаті проведених випробувань було становила 20000Гц, загальна максимальна акусодержано підвищення середнього розходу нафти тична потужність пристрою 1600Вт. Горизонтальна через нафтопровід на 900 баррелей на добу (або площина на Фіг.2 відповідає порогу кавітації у нана 3%). Параметри обраної ділянки нафтопроводу та характеристики нафти, які було підставлено до Вт фті 1 2 при тиску Р=4МПа [2]. Як можна бачиформули (6), дають значення максимального підсм вищення витрат на 4,9%. ти з цього малюнку, при обраних значеннях частоСпосіб, що пропонується, дозволяє отримати ти та потужності ультразвуку практично в усьому стійке кавітаційне-хвильове поле, в якому реалізупоперечному перерізі потоку нафти, що рухається, ється розвинена кавітація. Кавітаційні бульбашки утворюється стояча хвиля та виникає кавітація. при своєму схлопуванні викликають потужні імпуНайбільша інтенсивність кавітаційно-хвильового льси тиску в рідині, що призводить до її інтенсивполя існує біля стінки труби, що сприяє відриву ного перемішування. При цьому змінюються фізигальмуючого пограничного турбулентного шару та чні властивості рідини, зокрема, зменшується її його ламінарного підшару від стінки і сприяє змев'язкість. Найбільша інтенсивність кавітаційноншенню значення коефіцієнта гідравлічного опору хвильового поля існує біля стінки труби, що призв трубопроводі до його мінімального значення, яке водить до відриву гальмуючого пограничного турвизначається лише величиною абсолютної шорстбулентного шару та його ламінарного підшару від кості труби. Це спричиняє підвищенню швидкості стінки і сприяє зменшенню значення коефіцієнта нафти, що транспортується. гідравличного опору в трубопроводі до його мініПриклад конкретного виконання. мального значення, яке визначається лише велиСпосіб підвищення швидкості транспортування чиною абсолютної шорсткості труби. Ці ефекти рідких вуглеводнів по трубопроводу здійснюється спричиняють підвищення швидкості рідких речонаступним чином. вин, що транспортуються. На нафтопроводі фірми "HOCOL" (Колумбія) Таким чином, запропонована корисна мосередній розхід нафти складає Q=30000 баррелів дель підвищення швидкості транспортування рідких вуглеводнів по трубопроводу дозволяє: м3 на добу або 0,055 . Діаметр труби становить 1. Підвищити пропускну спроможність трубопс роводу. d=0,406м (або 16 дюймів). При цьому середня 2. Реалізувати спосіб за допомогою ультразвум швидкість транспортування нафти є V 0,42 . кових випромінювачів, які встановлюються на зовс нішню стінку діючого трубопроводу на будь-якій Для випробувань була обрана лінійна ділянка наділянці його лінійної частини. фтопроводу довжиною L=7800 м. Тиск на вході 3. Реалізувати спосіб з малою енергоємкістю складав 4,73 МПа, на виході - 4 МПа. Різниця тиспристрою (2-4 Вт), невеликими витратами коштів ку становила: ΔР=0,73МПа. та швидким терміном окупності (кілька тижнів для Фізичні властивості нафти: щільність нафтопроводу). кг кг ρ=920 , в'язкість - μ= 0,005 . 4. Для підвищення пропускної спроможності 3 м с м трубопроводу в цілому можна використовувати На вході лінійної ділянки нафтопроводу був декілька пристроїв, що реалізують запропоновану розташований пристрій, який було наведено вище корисну модель, на окремих лінійних ділянках. на Фіг.1 Цей пристрій працював неперервно 5 діб. Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601