Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 10
1.1 Характеристика процесса течения жидкости по трубе 10
1.1.1 Движение жидкости по трубе постоянного сечения 12
1.1.2 Течение неньютоновских жидкостей 18
1.1.3 Гидродинамика двухфазных потоков 21
1.2. Устройства и способы создания двухслойного кольцевого течения в трубопроводах 22
1.2.1. Гидротранспорт высоковязких и высокозастывающих нефтей 24
1.3 Существующие математические модели двухслойного кольцевого течения в трубе 34
1.4 Выводы по обзору литературы и постановка задач исследования 48
Глава 2 Математическое моделирование двухслойного кольцевого течения вязкой жидкости с маловязким пристенным слоем в трубе 50
2.1 Математическая модель двухслойного кольцевого течения вязкой ньютоновской жидкости с маловязким пристенным слоем в трубе 51
2.1.1 Расчет удельных затрат энергии на транспортировку вязкой ньютоновской жидкости с маловязким пристенным слоем 58
2.1.2 Методика расчета гидравлического сопротивления и энергозатрат при кольцевом течении двух несмешивающихся жидкостей в трубе 63
2.2 Математическая модель двухслойного кольцевого течения вязкой степенной жидкости с маловязким пристенным слоем в трубе 66
2.2.1 Расчет изменения расхода основной высоковязкой степенной жидкости, в зависимости от относительного расхода маловязкой жидкости 70
2.3 Математическая модель двухслойного кольцевого течения вязкой жидкости с произвольной реологической кривой с маловязким пристенным слоем в трубе 72
2.3.1 Расчет рациональных режимов течения вязкой жидкости с произвольной реологической кривой с маловязким пристенным слоем 76
2.4 Выводы к главе 2 82
Глава 3 Оптимизация процесса двухслойного кольцевого течения вязкой жидкости с маловязким пристенным слоем 83
Глава 4 Экспериментальные исследования 90
4.1 Описание экспериментальной установки 90
4.2 Объекты исследования и их характеристики 95
4.3 Методика проведения экспериментальных исследований 96
4.4 Анализ результатов экспериментальных исследований 99
Глава 5 Применение полученных моделей двухслойного кольцевого течения при разработке новых устройств и способов снижающих гидравлическое сопротивление трубопроводов 102
5.1 Способ транспорта нефти с метановым газовым слоем 102
5.1.1 Устройство для создания метанового газового слоя при
транспортировке вязкой нефти 107
5.2 Способ перемещения вязких нефтей и нефтепродуктов с пристенным слоем воды 115
5.3 Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе 120
5.4 Сравнительный анализ предложенных способов и устройств снижающих гидравлическое сопротивление трубопроводов 122
5.3 Выводы к главе 5 124
Основные выводы 125
Основные обозначения, используемые в работе 126
Список использованных источников
- Устройства и способы создания двухслойного кольцевого течения в трубопроводах
- Расчет удельных затрат энергии на транспортировку вязкой ньютоновской жидкости с маловязким пристенным слоем
- Объекты исследования и их характеристики
- Способ перемещения вязких нефтей и нефтепродуктов с пристенным слоем воды
Введение к работе
Гидротранспорт жидкостей играет важную роль в химической, пищевой, нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Широкое применение нашел трубопроводный транспорт нефтей и других высоковязких жидкостей. При этом большое значение для увеличения пропускной способности трубопроводов и снижения затрат энергии на транспортирование жидкостей имеет уменьшение гидравлического сопротивления.
Особая важность и актуальность рассмотрения вопросов снижения гидравлического сопротивления и, как следствие, снижения затрат энергии при транспортировке нефти и нефтепродуктов трубопроводным транспортом обусловлена тем, что добыча нефти в России стабильно растет и по различным прогнозам составит к 2010 году 574 млн. тонн против 375,8 млн.тонн в 2002 году [7]. Кроме того, в настоящее время добываются значительные объемы нефтей, обладающих высокой вязкостью при обычных температурах или содержащие большое количество парафина и вследствие этого застывающие при высоких температурах.
Российские трубопроводные системы наиболее активно развивались в 60-80-е годы. 35 % трубопроводов эксплуатируются более 20 лет [2], поэтому необходимо при проектировании и строительстве новых трубопроводов, а также при реконструкции существующих, учитывать способы снижения гидравлического сопротивления трубопроводов, а следовательно, снижения затрат энергии и увеличения пропускной способности трубопроводов.
В нашей стране и за рубежом предложен ряд способов и устройств снижения гидравлического сопротивления трубопроводов, среди которых одним из наиболее эффективных является перекачка высоковязких жидкостей в кольце маловязкой жидкости.
На конференции Канадской нефтяной ассоциации в Калгари в 1988 году компанией «Кэнэдиэн Оксидентал Петролеум» были показаны преимущества гидротранспорта по сравнению с другими способами транспортирования высоковязких нефтей, такими как: использование углеродистых разбавителей, ПАВ или необходимость нагревания всего объема для уменьшения вязкости перекачиваемых сред [22].
В настоящее время процессу течения вязких жидкостей в трубопроводах посвящено достаточно большое количество теоретических и экспериментальных работ.
Все современные теоретические решения по этому вопросу сводятся к построению математических моделей, которые в основе своей опираются на гидродинамическую теорию.
Большой вклад в разработку теоретических основ этих процессов внесли такие зарубежные ученые как: Б. Рабинович, М.Муни и С.Блэк, Д.В.Додж, Эйринг, Дж.Астарита и Дж.Марручи, Г.Шлихтинг, Д.М.Мак-Келви, С.Соу.
В нашей стране исследованием процессов течения вязких жидкостей в трубопроводах, а также разработкой математических моделей и интенсификацией процесса течения вязких жидкостей в разное время занимались Н.Н.Павловский, Р.В.Торнер, В.И.Черникин, Р.А.Алиев, А.Х.Мирзаджанзаде, С.С.Кутателадзе, Ю.М.Данилов и др.
Особо следует отметить научные труды В.В.Кафарова, В.П.Мешалкина, И.Н.Дорохова разработавших теоретические основы для расчета оптимальных систем технологических трубопроводов.
Разработкой математических моделей течения и применением математического аппарата для расчета двухфазных систем течения жидкостей в трубах занимались В.И.Черникин, А.Х. Мирзаджанзаде, Н.В.Тябин, А.Б.Голованчиков, В.Г.Пивоваров, и др.
В рассмотренных ранее научных трудах предложенные системы кольцевого течения двух несмешивающихся жидкостей не предлагают
7 решения проблемы неустойчивости границы раздела фаз, перемешивания между собой жидкостей, превращающихся со временем в эмульсию или пену, что приводит к значительному возрастанию гидравлического сопротивления.
Разработка достоверной математической модели течения вязких жидкостей с маловязким кольцевым пристенным слоем является актуальной задачей, представляющей как теоретический, так и практический интерес.
На защиту выносятся результаты:
Математическая модель кольцевого поступательно - вращательного течения вязкой ньютоновской жидкости с маловязким пограничным слоем.
Математическая модель кольцевого течения вязкой степенной жидкости с маловязким пограничным слоем.
Математическая модель кольцевого течения вязкой жидкости с произвольной реологической кривой с маловязким пограничным слоем.
Методика инженерного расчета, в составе:
алгоритма, программы численных расчетов и идентификаторов для расчета гидравлического сопротивления и энергозатрат при кольцевом течении двух несмешивающихся жидкостей в трубопроводе.
5. Устройства и способы снижения гидравлического сопротивления при
течении вязких жидкостей в трубопроводах, разработанные с
использованием полученных моделей двухслойного кольцевого течения.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
Ильина, Л.А. Течение в трубе неньютоновской жидкости с маловязким пограничным слоем [Текст]/ А.Б.Голованчиков, А.В.Ильин, Л.А.Ильина // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. Сер. Концеп. проектир. в образ., техн. и технол.. Вып.1. - 2004. - № 5. С. 19-21.
Ильина, Л.А. Транспортировка нефти и нефтепродуктов с газовым пограничным слоем [Текст] / А.Б.Голованчиков, Л.А.Ильина и др. // Технологии нефти и газа. - 2006. - № 4. С.9-12.
Ильина, Л.А. Гидравлическое сопротивление трубопроводов при течении неньютоновской жидкости с маловязким пограничным слоем [Текст]/ А.Б.Голованчиков, А.В.Ильин, Л.А.Ильина // Проблемы теории и практики современного сервиса: матер. I межвуз. науч.-прак. конф./ ГОУ ВПО «МГУС». - Волгоград, 2005. - С. 209-213.
Ильина, Л.А. Влияние пристенного маловязкого слоя на гидравлическое сопротивление трубопроводов при перекачивании нефти и нефтепродуктов [Текст]/ Л.А.Ильина, А.В.Ильин // Теория, практика и перспективы развития современного сервиса: матер, межвуз. науч.-практ. конф./ ГОУ ВПО «МГУС». - Волгоград, 2006. - С. 353-356.
Ильина, Л.А. Оптимизация процесса двухслойного течения двух несмешивающихся жидкостей в трубах [Текст]/ Л.А.Ильина, А.Б. Голованчиков и др. //XVII Межд.науч.конф. Математические методы в технике и технологиях: сб.науч.тр. Т.З/ Изд-во КГТУ. - Кострома, 2004. -С. 198-199.
Пат. 2241868 Российская Федерация, МІЖ7 F 15 D 1/06, F 17 D 1/20. Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе [Текст] / Голованчиков А.Б., Ильина Л.А. и др.; заявитель и патентообладатель ВолгГТУ. - 2003110552/06; заявл. 14.04.03; опубл. 10.12.04, Бюл.№ 34.
Пат. 2232383 Российская Федерация, МПК7 G 01 N 27/06, 15/00. Способ определения структуры потока жидкости в аппарате при перемешивании [Текст] / Голованчиков А.Б., Дулькина Н.А., Ильина Л.А. и др.; заявитель
9 и патентообладатель ВолгГТУ. - 2003108190/28; заявл. 24.03.03; опубл. 10.07.04, Бюл.№ 19.
Пат. 2250870 Российская Федерация, МПК7 В 65 G 53/52. Транспортный обогреваемый трубопровод [Текст] / Голованчиков А.Б., Ильина Л.А. и др.; заявитель и патентообладатель ВолгГТУ. - 2003123998/11; заявл. 30.07.03; опубл. 27.04.05, Бюл. № 12.
Пат. 2262035 Российская Федерация, МПК7 F 17 D 1/14, F 15 D 1/02. Способ перемещения вязких нефтей и нефтепродуктов [Текст] / Голованчиков А.Б., Ильина Л.А. и др.; заявитель и патентообладатель ВолгГТУ. - 2004109505/06; заявл. 29.03.04; опубл. 10.10.05, Бюл. № 28.
Ю.Пат. 2285198 Российская Федерация, МПК7 F 17 D 1/20, F 15 D 1/06. Устройство для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводе [Текст] / Голованчиков А.Б., Ильина Л.А. и др.; заявитель и патентообладатель ВолгГТУ. - 2005107289/06; заявл. 15.03.05; опубл. 10.10.06, Бюл. №28.
11 .Ильина, Л.А. Моделирование кольцевого течения двух несмешивающихся жидкостей в трубопроводе: метод, указания к лаб. работе [Текст] / А.Б.Голованчиков, Н.А.Дулькина, Л.А.Ильина и др. / ВолгГТУ -Волгоград, 2004.-12с.
Устройства и способы создания двухслойного кольцевого течения в трубопроводах
Основными достоинствами трубопроводного транспорта являются: 1) возможность прокладки трубопровода в любом направлении и на любое расстояние - это кратчайший путь между начальным и конечными пунктами; 2) бесперебойность работы; 3) наибольшая степень автоматизации; 4) высокая надежность и простота в эксплуатации; 5) разгрузка традиционных видов транспорта.
В зависимости от вида транспортируемого продукта различают следующие типы узкоспециализированных трубопроводных систем: нефтепроводы, нефтепродуктопроводы, газопроводы и трубопроводы для транспортирования нетрадиционных грузов.
На технологию транспорта и хранения нефтей в той или иной мере влияют их физические свойства (плотность, вязкость), испаряемость и т.д.
Плотность нефтей при 20С колеблется в пределах от 760 до 940 кг/м3. С увеличением температуры плотность нефти уменьшается [2].
Вязкость - один из важнейших параметров нефти. От нее зависит выбор технологии перекачки, энергозатраты на транспортировку нефти и др.
Вязкость нефтей России при 20С в 1,3-310,3 раз превышает вязкость воды. Величина вязкости предопределяет способ транспортировки нефтей по трубопроводам. Маловязкие нефти перекачивают при температуре окружающей среды без предварительной обработки.
В настоящее время добываются значительные объемы нефтей, обладающих высокой вязкостью при обычных температурах или содержащие большое количество парафина и вследствие этого застывающие при высоких температурах. Перекачка таких нефтей по трубопроводам обычным способом затруднена. Поэтому для их транспортировки в настоящее время, применяют специальные методы [2,9, 11,13, 47, 56]: - перекачку с разбавителями; - перекачку термообработанных нефтей; - перекачку нефтей с присадками; - перекачку предварительно подогретых нефтей; - гидротранспорт высоковязких нефтей.
На конференции Канадской нефтяной ассоциации в Калгари в 1988 году компанией «Кэнэдиэн Оксидентал Петролеум» были показаны преимущества гидротранспорта по сравнению с другими способами транспортирования высоковязких нефтей, предусматривающими использование углеродистых разбавителей, ПАВ или необходимость нагревания всего объема для уменьшения вязкости перекачиваемых сред [22]. При использовании трубопровода 800 км и соотношении нефти и воды в потоке 7 : 3 единичные затраты на транспортирование оцениваются в 2,45 долл., в то время как в случае применения, например, разбавителей они колеблются в пределах 3,75-5,75 долл., в зависимости от степени потери их на всем пути от начальной до конечной точек трубопровода. Гидротранспорт высоковязких и высокозастывающих нефтей может осуществляться несколькими способами: - перекачка водонефтяной смеси в виде эмульсии типа «нефть в воде»; - послойная перекачка нефти и воды; - перекачка нефти внутри водяного кольца.
Сущность первого способа гидротранспорта состоит в том, что высоковязкая нефть и вода смешиваются перед перекачкой в такой пропорции, чтобы образовалась эмульсия типа «нефть в воде». В этом случае капли нефти окружены водяной пленкой и поэтому контакта нефти со стенкой трубы не происходит.
Расчет удельных затрат энергии на транспортировку вязкой ньютоновской жидкости с маловязким пристенным слоем
В таблице для сравнения приведены результаты расчетов параметров при течении только высоковязкой жидкости в трубе (R{=R) и при двухслойном течении, когда толщина пограничного слоя маловязкой жидкости составляет 1 % радиуса трубы (RJ R = 0.99).
Как видно из расчетов, даже если толщина маловязкого пограничного слоя составляет 1 %, потери давления снижаются в 21 раз, а затраты энергии на каждый кубометр основной жидкости в 3.2 раза.
Уменьшение давления приводит не только к снижению затрат на энергию но и уменьшению капитальных затрат, так как толщина стенки трубы пропорциональна давлению, и стоимости насосов.
Кинетическая энергия, приходящаяся на 1 м перекачиваемой жидкости, не зависит от длины трубопровода и уже на длине 1000 м составляет около 13 % всей затрачиваемой энергии. На 10 км её доля уменьшается в 10 раз, то есть в трубопроводах большой длины затратами кинетической энергии на продольное течение и вращение обеих жидкостей можно пренебречь.
Основная энергия тратится на градиентное течение при вращении маловязкого пограничного слоя вблизи стенки и она в пять раз больше диссипации при продольном течении (15171 Дж/м против 3079 Дж/м ), зато диссипация энергии основной жидкости при продольном течении снижается в 47 раз (144.4 Дж/м3 против 67800 Дж/м3).
На рисунке 2.3 приведены расчетные зависимости градиента давления, энергозатрат и расхода воды в пограничном слое от толщины кольцевого пограничного слоя.
Расчеты показывают, что при увеличении толщины кольцевого пограничного слоя маловязкой жидкости с 1 % до 4 % (с Rx = 0.2475 м до Rx = 0.24 м) гидравлическое сопротивление теоретически может быть снижено еще в 3.5 раза, а затраты удельной энергии в 2.9 раза, однако в этом случае число Рейнольдса маловязкого пограничного слоя будет составлять 10900,
т.е. соответствовать турбулентному режиму, что может привести к перемешиванию основной жидкости и воды, потере устойчивости кольцевого течения и образованию эмульсии.
На основании математического моделирования сложного вращательно-поступательного движения двух несмешивающихся жидкостей в трубе показано, что при перекачивании высоковязкой легкой жидкости, например нефти, с маловязким водяным пограничным слоем затраты энергии могут быть уменьшены в 3 и более раз, а гидравлическое сопротивление в 20 раз по сравнению с традиционным способом перекачивания нефти по трубопроводу.
Методика расчета удельных затрат энергии на транспортировку вязкой ньютоновской жидкости с маловязким пристенным слоем [99] включает в себя алгоритм расчета представленный в виде блок-схемы и программы численных расчетов, составленной при помощи языка FORTRAN [57] ryba.for, а также идентификаторов расчета гидравлического сопротивления и энергозатрат на ЭВМ.
Задается расход основной жидкости (нефти) qv и радиус трубопровода R. Варьируется радиус границы раздела фаз Rj основной (нефти) и пограничной (воды) жидкостей.
Из первого уравнения системы (2.2), решенного относительно градиента давления, получаем формулу которая при Ri=R приводит к формуле гидравлического сопротивления при осевом движении только основной жидкости. Расход маловязкой пограничной жидкости определяется по второму уравнению системы (2.2). Угловая скорость, исходя из уравнения (2.5), записывается в виде (О g_ 2R а потери мощности на единицу длины в окружном и осевом движениях и профили скоростей определяются из уравнений (2.12) - (2.15).
Объекты исследования и их характеристики
Алгоритм расчетов был следующим. 1. Для заданного градиента давления Ар/1 = 0,1 Па/м, радиуса трубы г = 0,05 м, вязкости пограничной жидкости //=0,001 Па (вода) и константе консистентности К=0,025 основной жидкости по формуле (2.26) определялся расход основной жидкости при п=1 (высоковязкая ньютоновская жидкость), п=0,5 (псевдопластичная жидкость), п=1,5 (дилатантная жидкость). 2. По формуле (2.24) при переменных расходах Qi маловязкой пограничной жидкости определялись радиусы границы слоев обеих жидкостей (рисунок 2.5). 3. По формуле (2.22) для каждого значения R\ рассчитывался расход Q основной жидкости. 4. Находились относительные значения расходов Q\/Q и Q/Q0 (рисунок 2.6). Расчет производился при помощи разработанной, на базе словесно-формульного алгоритма, программы численных расчетов tryban.for (приложение 2).
Как видно из рисунка 2.6 для псевдопластичных жидкостей (п 1), расход основного потока в трубе при двухслойном течении растет по сравнению с вязкой жидкостью (см. кривые 1 и 2 на рисунке 2.6). Так, при значении расхода маловязкой жидкости (воды) в пограничном слое, составляющем 0,4-0,6 от расхода основной жидкости (п=0,5), расход псевдопластичной жидкости увеличивается в 12,5 раз по сравнению с обычным напорным течением этой жидкости при том же градиенте давления. Для основной вязкой жидкости (п=1) это увеличение не превышает 8 раз. Для дилатантной жидкости (п=1,5) увеличение расхода составляет 5,5 раз и этот максимум достигается при относительной доли вязкой пограничной жидкости Qi/Q=0,3-0,5.
Таким образом, для неньютоновских жидкостей, как и для высоковязких ньютоновских, теоретически подтверждается эффект значительного (на 400-12000 %) увеличения пропускной способности трубопроводов при заданном перепаде давления (или уменьшения перепада давления при том же расходе основной жидкости) при подаче в пограничный слой трубы устойчивого потока маловязкой жидкости или газа. Задача заключается в умении создавать устойчивый поток маловязкой жидкости без его перемешивания и поглощения основным потоком ньютоновской или неньютоновской жидкости.
Рассмотрим кольцевое течение двух несмешивающихся жидкостей в трубопроводе радиусом R, когда в ядре потока движется основная жидкость с произвольной реологической кривой течения т = т(у) (рисунок 2.7), а в пристенном слое маловязкая ньютоновская жидкость, например, вода.
Известно решение задачи, когда жидкость с произвольной реологической кривой течения движется в трубопроводе одна под действием заданного градиента давления Л/?//, то есть занимает все сечение трубопровода радиуса R [78].
Используя алгоритм расчета зависимости расхода от давления, приведенный авторами в работе [78], дополним его с учетом кольцевого течения маловязкой жидкости в пристенном слое (рисунок 2.8) [18].
По заданному градиенту давления Ар/1 и радиусу трубопровода R определяем касательное напряжение на стенке трубопровода, которое как и вся эпюра касательных напряжений не зависит от реологических свойств перекачиваемых жидкостей (одной или нескольких) (рисунок 2.7 и 2.8)
Способ перемещения вязких нефтей и нефтепродуктов с пристенным слоем воды
На основании полученных расчетных результатов, автором, совместно с другими авторами, был предложен способ транспорта нефти с метановым газовым слоем (Заявка 2006 111009, приоритет 05.04.06).
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ транспорта высоковязких продуктов путем снижения вязкости за счет предварительного подогрева и смешения с инертным газом с выравниванием давления на линиях продукта и инертного газа, при этом смешение продукта и инертного газа до образования газожидкостной смеси осуществляют при температуре выше температуры застывания продукта, а количество инертного газа выбирают пропорционально снижению температуры застывания и сокращению времени слива продукта, составляющим 15-30 % от объема продукта [48].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся повышенные гидравлические сопротивления и энергозатраты из-за отсутствия маловязкого пограничного слоя у стенки трубопровода и большого расхода газа, идущего на смешение с продуктом.
Задачей данного способа является создание пристенного кольцевого газового слоя за счет выделения газа из пристенного слоя жидкости при её нагревании.
Техническим результатом предлагаемого способа является уменьшение гидравлического сопротивления и удельных затрат энергии на транспорт жидкости по трубопроводу за счет создания маловязкого газового пограничного слоя у стенки трубопровода, а также уменьшение расхода газа.
Этот результат достигается тем, что в способе транспорта жидкостей по трубопроводу, включающем предварительное смешение с инертным газом и подогрев смеси, жидкость смешивают с инертным газом до её насыщения, соответствующего температуре и давлению жидкости на входе в трубопровод, а подогрев смеси осуществляют на участках трубопровода, расположенных за местными сопротивлениями, до температуры на 10-40 градусов выше температуры жидкости на каждом из этих участков трубопровода, обеспечивающей выделение инертного газа из жидкости с образованием газового пограничного слоя у стенки трубопровода.
Предварительное смешение жидкости с инертным газом до её насыщения, соответствующего растворимости газа в жидкости при её температуре и давлении на входе в трубопровод, позволяет уменьшать необходимый расход газа, идущий на смешение с жидкостью. Подогрев такой насыщенной инертным газом жидкости на участках трубопровода, расположенных за местными сопротивлениями на 10-40 градусов выше температуры жидкости на каждом участке трубопровода обеспечивает выделение газа из жидкости с образованием газового пограничного слоя у стенки трубопровода, за счет уменьшения растворимости газа в жидкости с ростом температуры, что приводит к уменьшению гидравлического сопротивления, и энергозатрат на транспорт жидкости. Схема трубопровода, работающего по предлагаемому способу перекачивания жидкости представлена на рисунке 5.3.
Уменьшение температуры нагрева смеси ниже заявляемого нижнего предела в 10 градусов, как и не максимальное растворение газа в жидкости на входе в трубопровод в емкости 9 при её температуре и давлении не позволяет при нагревании выделить из пограничного слоя жидкости объем газа достаточный для создания устойчивого пограничного слоя и снизить гидравлическое сопротивление трубопровода и удельные затраты энергии на транспорт жидкости.
Увеличение температуры нагрева смеси выше заявляемого верхнего предела в 40 градусов приводит к интенсивному выделению газа из пристенного слоя жидкости, его перемешиванию с этой жидкостью и разрушению газового пограничного слоя 13, а так же большим затратам удельной тепловой энергии. Поэтому нагрев смеси на 10 градусов рекомендуется для газов, растворимость которых значительно уменьшается, а нагрев на 40 градусов рекомендуется для газов, растворимость которых уменьшается незначительно с ростом температуры.
Пример 1. Необходимо перекачивать мазут марки М-100 с температурой застывания 25 С, плотностью 0,971 г/см3 и вязкостью ц = 1,11 Пах на 1 км по трубопроводу диаметром 0,06 м (физические свойства: температура застывания, плотность и вязкость взяты из прототипа [48]).
Расход мазута q = 2 м3/час или 5,56 10"4 м3/с. По предлагаемому способу мазут при tH = 25 С насыщается предварительно газом, например (как в прототипе) диоксидом углерода предельной концентрацией до 50 л/м , соответствующей предельной растворимости СОг в мазуте при начальных температуре tH = 25 Си давлении на входе в трубопровод, но без образования газожидкостной смеси. При нагревании на участке за местным сопротивлением пристенного слоя мазута вместе со стенкой трубы на 40 С до температуры tK = 65 С растворимость СОг уменьшается до 40 л/м , то есть 0,01 MJ С02 из каждого кубометра нагреваемого мазута выделяется в пограничный слой. Расход ССЬ в пограничный слой составит qr = 0,01-q = 5,56 10 6 м3/с, а вязкость С02 Ці = 1,8 10"5 Пах, то есть в 60 тысяч раз меньше, чем у мазута. Толщина пограничного слоя при этом расходе газа составит 290 мк, то есть покроет шероховатости стальной стенки внутри трубопровода. Суммарные удельные затраты тепловой и механической энергии на 1 тонну мазута составят 16,7 кВт-ч, а перепад давления Ар = 0,28 атм (см. п.1 таблицы 5.2). В примере по прототипу мазут нагревается с tH = 25 С до температуры tK = 65 С (см. п. 4 таблицы 5.2) и затем смешивается с инертным газом - диоксидом углерода в пределах 15 - 30 % от объема продукта с образованием газожидкостной смеси с вязкостью примерно в 5,5 раза меньше вязкости самого мазута, то есть 0,20 Па. Теплоемкость мазута Ср = 1,5 кДж/кг. Удельные затраты тепловой энергии на нагревание 1т мазута с 25 до 65 С составят:
