Агент уменьшения сопротивления - Drag reducing agent

Снижающие сопротивление агенты (DRA), или полимеры, снижающие гидравлическое сопротивление (DRP) - это добавки в трубопроводы, снижающие турбулентность в трубе. Обычно используется в нефть трубопроводы, они увеличивают пропускную способность трубопровода за счет уменьшения турбулентности и увеличения ламинарный поток.[1]

Описание

Агенты, уменьшающие гидравлическое сопротивление, можно широко классифицировать [2] по следующим четырем категориям - Полимеры, Твердые частицы подвески, Биологические добавки и Поверхностно-активные вещества. Эти агенты изготовлены из высокомолекулярных материалов. полимеры или мицеллярные системы. В полимеры помогает снизить сопротивление за счет уменьшения турбулентности в масляных магистралях. Это позволяет перекачивать масло при более низком давлении, экономя энергию и деньги. Хотя эти агенты, снижающие сопротивление, в основном используются в нефтепроводах, проводятся исследования, чтобы увидеть, насколько полезны полимеры может быть в уменьшении лобового сопротивления вены и артерии.

Как это устроено

Использование лишь нескольких частей на миллион редуктора сопротивления помогает уменьшить турбулентность внутри трубы. Поскольку масло прижимается к внутренней стенке трубы, труба толкает масло обратно вниз, вызывая завихрение вихря, которое создает сила сопротивления. Когда полимер добавляется, он взаимодействует с маслом и стенкой, помогая уменьшить контакт масла со стенкой.

Деградация могут возникать на полимерах во время течения. Из-за давления и температуры на полимеры их легче разрушить. Из-за этого агент, снижающий сопротивление, повторно закачивается после таких точек, как насосы и повороты, где давление и температура могут быть очень высокими. Для защиты от деградация при высоких температурах иногда используют другой класс агентов, снижающих гидравлическое сопротивление, а именно: поверхностно-активные вещества.[3] Поверхностно-активное вещество это очень удобное сокращение термина Поверхностно-активный агент. Он означает органическую молекулу или несформулированное соединение, обладающее поверхностно-активными свойствами. Все три класса поверхностно-активные вещества, а именно анионный, катионный и неионогенный поверхностно-активные вещества, были успешно опробованы в качестве агентов, снижающих сопротивление жидкости.[4]

Ключевым моментом в этом процессе является знание того, что создаст идеальный редуктор сопротивления. Идеальные молекулы имеют высокий молекулярный вес, устойчивость к сдвигу, быстро растворяются во всем, что находится в трубе, и имеют низкую деградацию под воздействием тепла, света, химикатов и биологических зон.

При уменьшении лобового сопротивления существует множество факторов, влияющих на то, насколько хорошо снижается сопротивление. Основным фактором при этом является температура. При более высокой температуре агент, снижающий сопротивление, легче разрушается. При низкой температуре агент, снижающий гидравлическое сопротивление, имеет тенденцию к скоплению вместе. Эту проблему можно решить проще, чем разложение, добавив другое химическое вещество, такое как алюминий чтобы помочь снизить межмолекулярное притяжение агента, снижающего сопротивление.

Другими факторами являются диаметр трубы, внутренняя шероховатость и давление. У трубы меньшего диаметра сопротивление выше. Чем грубее внутренняя поверхность трубы, тем выше сопротивление или трение, которое измеряется Число Рейнольдса. Увеличение давления увеличит поток и уменьшит сопротивление, но ограничено максимальным номинальным давлением трубы.

Области использования

Агенты, снижающие гидравлическое сопротивление, были признаны полезными для уменьшения турбулентности в судостроительной промышленности, для операций по тушению пожаров, процессов гидравлического разрыва пласта, в ирригационных системах и в устройствах центрального отопления. Редукторы перетаскивания могут работать в нескольких разных областях. Самыми популярными являются сырая нефть, нефтепродукты и непитьевая вода. В настоящее время проводится несколько исследований с продолжающимися тестами на крысах, цель которых - выяснить, могут ли средства, снижающие сопротивление, улучшить кровоток.

История

Самые ранние работы, которые зафиксировали уменьшение падения давления при турбулентном течении, были предприняты в 30-х годах.[5][6][7] и касался транспортировки бумажной массы. Однако это явно не упоминалось как явление уменьшения сопротивления. Томы[8] был первым, кто осознал огромное снижение напряжения сдвига стенок, вызванное добавлением небольшого количества линейных макромолекул в турбулентно текущую жидкость. Обширная библиография за первые 25 лет снижения лобового сопротивления с помощью литературы о полимерных добавках содержит более 270 ссылок.[9]

Редукторы были представлены на рынке в начале 1970-х годов компанией Conoco Inc.[10] (теперь известная как LiquidPower Specialty Products Inc. (LSPI), компания Berkshire Hathaway ). Его использование позволило трубопроводным системам значительно увеличить традиционную пропускную способность и продлить срок службы существующих систем. Более высокие скорости потока, возможные на длинных трубопроводах, также увеличили вероятность помпажа в старых системах, которые ранее не были рассчитаны на высокие скорости.

Как патентованные (такие как Conoco T-83), так и непатентованные (например, полиизобутилен) присадки, снижающие сопротивление, были оценены Центром исследований и разработок мобильного оборудования армии США для улучшения военных систем нефтепроводов.[11]

использованная литература

  1. ^ «Как работают агенты, уменьшающие перетаскивание». www.liquidpower.com. LiquidPower Specialty Products Inc. Получено 4 августа 2017.
  2. ^ Шеной, Арун (2020). Реология жидкостей, снижающих гидравлическое сопротивление. Издательство Springer International Publishing, Springer Nature, Швейцария, стр. 184. Дои:10.1007/978-3-030-40045-3.
  3. ^ Шеной, А. В. (1976). «Снижение сопротивления с помощью поверхностно-активных веществ при повышенных температурах». Rheologica Acta. 15: 658–664. Дои:10.1007 / BF01524753.
  4. ^ Шеной, А. В. (1984). «Обзор снижения сопротивления со специальной ссылкой на мицеллярные системы». Коллоидная и полимерная наука. 262: 319–337. Дои:10.1007 / BF01410471.
  5. ^ Форрест, Г. (1931) Paper Trade J, Vol. 22, стр. 298.
  6. ^ Brautlecht, C. A. и Sethi, J. R. (1933) Ind. Eng. Chem., Vol. 25, стр. 283.
  7. ^ Брехт В. и Хеллер Х. (1939) Das Papier p. 264.
  8. ^ Томс, Б. А. (1948) Proc. 1-й Междунар. Конгресс по реологии, Vol. II, стр. 135-141, Северная Голландия, Амстердам.
  9. ^ Nash, J.M .; Уайли, К.Ф. (октябрь 1975 г.). «Руководство по снижению гидравлического сопротивления полимерными добавками». Превью о тепло- и массообмене. 2 (1): 70–87.
  10. ^ «Хронология LSPI». www.liquidpower.com. LiquidPower Specialty Products Inc. Получено 4 августа 2017.
  11. ^ Treiber, K.L .; Nash, J.M .; Нерадка, В.Ф. (1975). «Опыт строительства военных трубопроводов с добавками, снижающими гидравлическое сопротивление». Механика жидкостей в нефтяной промышленности, Американское общество инженеров-механиков: 37–41.