8.4. Метод управления гидравлическим сопротивлением путем введения в поток антитурбулентной присадки
Потеря напора на трение являются основной причиной затрат электроэнергии на перекачку жидкостей и газов по трубопроводам. Они обусловлены силами внутреннего трения между слоями движущейся жидкости. И в ламинарном, и в турбулентном потоке происходит так называемая диссипация (рассеивание) механической энергии упорядоченного движения и переход ее в энергию хаотического движения частиц жидкости (теплоту). Для турбулентных течений этот переход носит многостадийный характер. Механическая энергия осредненного движения переходит сначала в энергию крупномасштабных вихрей турбулизованной среды, затем в энергию пульсационного движения мелкомасштабных вихрей и, наконец, за счет сил вязкости - в тепловую энергию жидкости. Поэтому исстари инженеров и ученых, занимающихся трубопроводами, интересовали методы вмешательства в структуру турбулентных течений с целью снижения потерь энергии.
Одним из таких методов, открытым в конце 40-х годов английским ученым Томсом, является введение в турбулентный поток жидкости специальных высокомолекулярных присадок, снижающим гидравлическое сопротивление. Этот эффект по имени его открывателя называется эффектом Томса.
Механизм действия всех разновидностей антитурбулентных присадок основан на гашении турбулентных пульсаций вблизи внутренней поверхности трубопровода за счет взаимодействия длинномерных молекул присадки с турбулентными вихрями, зарождающимися вблизи стенок трубопровода. При этом, как правило, эффект достигается при чрезвычайно малых концентрациях присадок (измеряемых обычно в миллионных по объему частях жидкости (так называемых промиле - ppm), к которой они добавляются.
За счет гашения пристеночной турбулентности происходит снижение гидравлического сопротивления, оказываемого потоку трубой. Поэтому таким мероприятием достигается либо увеличение производительности перекачки (при том же самом перепаде давлений), либо снижение давления на перекачивающих станциях (при сохранении производительности перекачки), причем эффект снижения гидравлического сопротивления, а значит и расхода электроэнергии, может составлять от 20 до 60 %. Наиболее известными из зарубежных антитурбулентных присадок к нефтепродуктам являются присадка CDR американской фирмы «Dupon-Conoco» и присадка NECCAD-547 финской фирмы «Neste», созданные на углеводородной основе. Первая пригодна в равной степени для перекачки, как бензинов, так и дизельных топлив, вторая - рекомендуется главным образом для дизельных топлив. Обе присадки прошли промышленные испытания на отечественных трубопроводах.
Использование антитурбулентных присадок имеет некоторое специфическое ограничение: при длительном действии присадок в турбулентном потоке они разрушаются (деградируют); особенно велико их разрушение при прохождении через насосы перекачивающих станций. Поэтому при использовании присадок приходится после каждой насосной станции вводить в поток свежие порции присадок. Наиболее рационально использовать антитурбулентные присадки для увеличения пропускной способности отдельных участков и прежде всего - лимитирующих.
Все
антитурбулентные присадки снижают
коэффициент
гидравлического сопротивления.