Уменьшитель сопротивления
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( август 2014 г. ) |
Агенты, снижающие сопротивление (DRA) или полимеры, снижающие сопротивление (DRP), представляют собой добавки в трубопроводах, которые уменьшают турбулентность в трубе. Обычно используемые в нефтепроводах ламинарного , они увеличивают пропускную способность трубопровода за счет уменьшения турбулентности и увеличения потока . [ 1 ]
Описание
[ редактировать ]Понизители сопротивления можно широко классифицировать. [ 2 ] по следующим четырем категориям – Полимеры твердых частиц , Суспензии , Биологические добавки и Поверхностно-активные вещества . Эти агенты изготавливаются из высокомолекулярных полимеров или мицеллярных систем. Полимеры помогают снизить сопротивление за счет уменьшения турбулентности в маслопроводах. Это позволяет прокачивать масло при более низком давлении, экономя энергию и деньги. Хотя эти средства, снижающие сопротивление, в основном используются в нефтепроводах, проводятся исследования, чтобы выяснить, насколько полезными полимеры могут быть для снижения сопротивления в венах и артериях .
Как это работает
[ редактировать ]Использование всего нескольких частей на миллион понизителя сопротивления помогает уменьшить турбулентность внутри трубы. Поскольку масло прижимается к внутренней стенке трубы, труба толкает масло обратно вниз, вызывая завихрение турбулентности, которое создает силу сопротивления . Когда добавляется полимер, он взаимодействует с маслом и стенкой, помогая уменьшить контакт масла со стенкой.
Разложение полимеров может происходить во время течения. Из-за давления и температуры на полимеры их легче разрушить. Из-за этого агент, снижающий сопротивление, впрыскивается повторно после таких точек, как насосы и повороты, где давление и температура могут быть очень высокими. Чтобы защититься от деградации при высокой температуре, иногда используется другой класс добавок, снижающих сопротивление, а именно поверхностно-активные вещества . [ 3 ] Поверхностно-активное вещество – это очень удобное сокращение термина «Поверхностно-активное вещество» . Оно означает органическую молекулу или соединение без рецептуры, обладающее поверхностно-активными свойствами. Все три класса поверхностно-активных веществ , а именно анионные , катионные и неионогенные поверхностно-активные вещества , успешно опробованы в качестве агентов, снижающих сопротивление. [ 4 ]
Знание того, что создаст идеальный редуктор сопротивления, является ключевым моментом в этом процессе. Идеальные молекулы имеют высокую молекулярную массу , устойчивы к разрушению при сдвиге, быстро растворяются во всем, что находится в трубе, и имеют низкую степень разложения под воздействием тепла, света, химических веществ и биологических процессов.
При уменьшении сопротивления существует множество факторов, которые играют роль в том, насколько хорошо снижается сопротивление. Главным фактором в этом является температура . При более высокой температуре агент, снижающий сопротивление, легче разрушается. При низкой температуре агент, снижающий сопротивление, будет иметь тенденцию скапливаться вместе. Однако эту проблему можно решить проще, чем разложение, добавив другое химическое вещество, например алюминий , чтобы снизить межмолекулярное притяжение агента, снижающего сопротивление.
Другими факторами являются диаметр трубы, внутренняя шероховатость и давление. Сопротивление выше в трубах меньшего диаметра. Чем шероховатее внутренняя поверхность трубы, тем выше сопротивление или трение, которое измеряется числом Рейнольдса . Увеличение давления увеличит расход и уменьшит сопротивление, но оно ограничено максимальным номинальным давлением трубы.
Области использования
[ редактировать ]Понизители сопротивления оказались полезными для снижения турбулентности в судостроительной промышленности, при пожаротушении, в процессах разрыва нефтяных скважин, [ 5 ] в ирригационных системах и в устройствах центрального отопления. Редукторы сопротивления могут работать в нескольких разных областях. Наиболее популярными являются сырая нефть , продукты нефтепереработки и непитьевая вода. В настоящее время проводится несколько исследований, в которых проводятся испытания на крысах, чтобы выяснить, могут ли средства, снижающие сопротивление, улучшить кровоток.
История
[ редактировать ]Самые ранние работы, зафиксировавшие снижение перепада давления при турбулентном течении, были предприняты в тридцатые годы. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] и касался перевозки бумажной массы. Однако это не было явно названо явлением уменьшения лобового сопротивления. Томс [ 9 ] был первым, кто осознал огромное снижение напряжения сдвига стенки , вызванное добавлением небольшого количества линейных макромолекул в турбулентно текущую жидкость. Обширная библиография первых 25 лет снижения сопротивления с помощью полимерных добавок содержит более 270 ссылок. [ 10 ]
Редукторы сопротивления были представлены на рынке в начале 1970-х годов компанией Conoco Inc. [ 11 ] (теперь известная как LiquidPower Specialty Products Inc. (LSPI), компания Berkshire Hathaway ). Его использование позволило значительно увеличить традиционную пропускную способность трубопроводных систем и продлило срок службы существующих систем. Более высокие скорости потока, возможные на длинных трубопроводах, также увеличили вероятность помпажа в старых системах, ранее не рассчитанных на высокие скорости.
Как запатентованные (например, Conoco T-83), так и непатентованные (например, полиизобутилен ) присадки, снижающие сопротивление, были оценены Центром исследований и разработок мобильного оборудования армии США для улучшения систем военных нефтепроводов. [ 12 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Как работают средства, снижающие сопротивление» . www.liquidpower.com . LiquidPower Specialty Products Inc. Проверено 4 августа 2017 г.
- ^ Шеной, Арун (2020). Реология жидкостей, снижающих сопротивление . Международное издательство Спрингер. п. 184. дои : 10.1007/978-3-030-40045-3 . ISBN 978-3-030-40044-6 . S2CID 216499563 .
- ^ Шеной, А.В. (1976). «Уменьшение сопротивления с помощью поверхностно-активных веществ при повышенных температурах». Реологика Акта . 15 (11–12): 658–664. дои : 10.1007/BF01524753 . S2CID 96719336 .
- ^ Шеной, А.В. (1984). «Обзор снижения сопротивления с особым упором на мицеллярные системы». Коллоидная и полимерная наука . 262 (4): 319–337. дои : 10.1007/BF01410471 . S2CID 95769134 .
- ^ Финк, Йоханнес Карл (01 января 2012 г.), Финк, Йоханнес Карл (редактор), «Глава 12 - Редукторы сопротивления» , Руководство инженера-нефтяника по химикатам и жидкостям для нефтяных месторождений , Бостон: Gulf Professional Publishing, стр. 379–389 , ISBN 978-0-12-383844-5 , получено 2 февраля 2021 г.
- ^ Форрест, Г. (1931) Paper Trade J, Vol. 22, с. 298.
- ^ Браутлехт, Калифорния и Сетхи, младший (1933) Индиана. англ. Хим., Том. 25, с. 283.
- ^ Брехт В. и Хеллер Х. (1939) The Paper p. 264.
- ^ Томс, BA (1948) Proc. 1-й стажер. Конгресс по реологии, Vol. II, стр. 135-141, Северная Голландия, Амстердам.
- ^ Нэш, Дж. М.; Уайли, К.Ф. (октябрь 1975 г.). «Руководство по снижению сопротивления с помощью полимерных добавок». Обзор тепломассообмена . 2 (1): 70–87.
- ^ «Хронология ЛСПИ» . www.liquidpower.com . LiquidPower Specialty Products Inc. Проверено 4 августа 2017 г.
- ^ Трайбер, КЛ; Нэш, Дж. М.; Нерадка, В.Ф. (1975). «Опыт использования присадок для снижения сопротивления военным трубопроводам». Механика жидкости в нефтяной промышленности, Американское общество инженеров-механиков : 37–41.