ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАВИХРЕНИЙ ПОТОКА ЖИДКОСТИ НА ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТРУБОПРОВОДА

Д. А. Ильясов, Р. В. Агиней

Аннотация


Введение C ростом объемов перекачки нефти и нефтепродуктов, а также существенной значимости мероприятий по обеспечению энергоэффективной работы магистральных насосных агрегатов (МНА), согласно Федеральному закону от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», разработка рекомендаций по снижению энергозатрат на транспорте нефти является важной технологической задачей. Опыт эксплуатации магистральных нефтепроводов (МН) свидетельствует о том, что применение противотурбулентных присадок (ПТП) является одним из наиболее эффективных способов снижения энергопотребления МНА (увеличения пропускной способности МН). Определение эффективности ПТП производится в процессе опытнопромышленных испытаний на МН, которые требуют материальных ресурсов и затрат времени, а проведение исследований в лабораторных условиях осложняется наличием недостоверного переноса результатов лабораторных экспериментов на реальные условия перекачки нефти. Проведен анализ мирового опыта применения ПТП на нефтепроводах по результатам которого установлено, что эффективность использования ПТП c целью уменьшения гидравлических потерь на трение в трубопроводе зависит от множества факторов, таких как свойства перекачиваемой нефти, растворимость присадки, скорость дозирования присадки в транспортируемую среду, режим течения (число Рейнольдса), многофазность потока. Одним из решений вышеуказанной задачи является снижение гидравлических потерь на трение в нефтепроводе, основанного на использовании вихревого течения жидкости, поскольку на преодоление гидравлического сопротивления в трубопроводе приходится 33,9 % затрат электроэнергии. Целью работы явилась оценка влияния завихрений потока жидкости на гидравлическое сопротивление трубопровода. При этом решались следующие задачи: провести компьютерное моделирование в программном комплексе (далее - ПК) SolidWorks Flow Simulation для получения зависимости скорости потока и падения давления по длине трубопровода на модели экспериментального стенда; определить наиболее эффективные параметры конструкции трубы со спиральным каналом (шаг закрутки спирали) для прототипа экспериментального стенда (Ду 15); рассчитать коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода при перекачке жидкости c завихрением и без завихрения потока. Методы В статье представлены, результаты компьютерного моделирования, полученные методом конечных объемов в программном комплексе SolidWorks Flow Simulation , зависимости скорости потока и падения давления по длине трубопровода для различных диаметров при вихревом течении несжимаемой жидкости по трубопроводу. Результаты Разработаны рекомендации по конструкции спирального канала в трубе для повышения эффективности применения вихревого потока в целях снижения гидравлического сопротивления при перекачке несжимаемой жидкости. Полученные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности проведения дальнейших экспериментальных исследований в данном направлении с целью разработки способа, позволяющего повысить пропускную способность нефтепровода.

Ключевые слова


нефтепровод;гидравлическое сопротивление;вихревой поток;трубопровод со спиральным каналом;oil pipeline;hydraulic resistance;vortex flow;pipeline with a spiral channel;

Полный текст:

PDF

Литература


Ильясов Д.А., Петров С.В. Снижение гидродинамических потерь на трение в нефтепроводе // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2017. № 2. С. 7-12.

Patent 7888407 B2 USA. Disperse Non-Polyalphaolefin Drag Reducing Polymers / T.L. Burden, R.L. Johnston, W.F. Harris, K.W. Smith, W.R. Dreher, S.N. Milligan. 2011.

Жолобов В.В., Варыбок Д.И., Морецкий В.Ю. К вопросу определения функциональной зависимости гидравлической эффективности противотурбулентных присадок от параметров транспортируемой среды // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2011. № 4. С. 52-57.

Петерфалви Ф. Внесение химреагентов для снижения трения в трубопроводы высокого давления для транспортировки жидких углеводородов компании MOL // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2015. № 4 (20). С. 29-41.

Al-Sarkhi A. Drag Reduction with Polymers in Gas-Liquid / Liquid Flows in Pipes: a Literature Review // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2010. Vol. 2. Issue 1. P. 41-48. DOI: 10.1016/j.jngse.2010.01.001.

Лангсхольт М. Экспериментальные исследования полимерных агентов снижения гидродинамического сопротивления в одно- и многофазных потоках. Влияние деградации, диаметра и особенностей трехфазного потока нефть-вода-газ // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2015. № 4 (20). С. 42-51.

Кутуков С.Е. Приложение генетических алгоритмов в управлении технологическими режимами нефтепродуктопроводов // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2003. № 1. URL: http://www.ogbus.ru/authors/Kutukov/ Kutukov_6.pdf (дата обращения: 15.02.2020).

Patent 196680 Оsterreich. Rohrleitung Fur Flusside und Gasformige / V. Schauberger. 1958.

Ширяев А.М., Савинов С.А., Жолобов В.В. О применении замкнутых вихревых образований для повышения энергоэффективности технологических процессов трубопроводного транспорта // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2015. № 1 (17). С. 26-35.

Жолобов В.В., Тарновский Е.И., Ширяев А.М. Применение метода распада произвольного разрыва для расчета переходных процессов в трубопроводах c произвольной ориентацией гидравлической оси // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2013. № 1 (9). С. 18-25.

Meher S.R. Venkata Krishna. Investigation of Swirl Flows Applied to the Oil and Gas Industry: Master of Science: Petroleum Engineering. College Station, USA. 119 p.

Аникеев А.А., Молчанов А.М., Янышев Д.С. Основы вычислительного теплообмена и гидродинамики: учеб. пособие. М.: Либроком, 2010. 152 с.

Bethune J.D. Engineering Design and Graphics with Solid Works. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2009. 552 p.

Васильев Г.Г., Коробков Г.Е., Коршак А.А., Лурье М.В., Писаревский В.М., Прохоров А.Д., Сощенко А.Е., Шаммазов А.М. Трубопроводный транспорт нефти: В 2 т. М.: Недра-Бизнесцентр, 2002. Т. 1. 407 с.

Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1982. 224 с.

Ягубов Э.З. Композиционно-волокнистые трубы в нефтегазовом комплексе. М.: Центр-ЛитНефтеГаз, 2008. 271 с.

Валиев М.И., Казаков В.В., Хасбиуллин И.И. Особенности применения противотурбулентных присадок на основе полиальфаолефинов при различной температуре нефти // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. № 5. С. 32-37.

Водопьянов И.С., Никитин Н.В., Чернышенко С.И. Снижение турбулентного сопротивления боковыми колебаниями оребренной поверхности // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2013. № 4. С. 46-56.

El Drainy Y.A., Saqr Kh.M., Aly H.S., Jaafar M.N.M. CFD Analysis of Incompressible Turbulent Swirling Flow through Zanker Plate // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2009. Vol. 3. No. 4. P. 562-572. DOI: 10.1080/19942060.2009.11015291.

Данилов Н.В., Дедов А.В. Экспериментальное исследование гидравлического сопротивления в трубах с закруткой потока // Тр. 4 Российск. национальн. конф. по теплообмену. М.: Московский энергетический институт, 2006. Т. 8. С. 62-63.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ntj-oil-2020-2-100-112

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) Д. А. Ильясов, Р. В. Агиней

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.