авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Повышение эффективности решения технологических задач трубопроводного транспорта углеводородов с использованием гелевых поршней

-- [ Страница 2 ] --
Название модели Уравнение Достоверность аппроксимации, R2
Гершеля – Балкли 0,9922
Кэссона 0,9918
Оствальда-де-Ваале 0,9881
Шведова-Бингама 0,9792

  Кривые течения геля с содержанием ПАА 2 % и сшивателя 2 % Аналогичные-17

Рисунок 3 – Кривые течения геля с содержанием ПАА 2 % и сшивателя 2 %

Аналогичные исследования были проведены и для других образцов гелей. Наиболее общей моделью, описывающей поведение гелевых поршней, является модель вязко-пластичной жидкости Гершеля-Балкли.

Следующим этапом экспериментов было исследования реопексии гелей, поскольку в трубопроводном транспорте желательно применять гели, при течении которых предельное напряжение сдвига увеличивается. Таким образом, собранные гелем загрязнения будут находиться во взвешенном состоянии.

Такое поведение наглядно проявилось при циклических деформациях с момента страгивания, когда сначала скорость сдвига непрерывно возрастала до некоторого верхнего предела, а затем уменьшалась до начального минимального значения. Измерение было выполнено в 3 этапа: I этап - увеличение скорости сдвига от 0,130 с-1 до 300 с-1 в течение 120 с; II этап - скорость сдвига с-1 в течение 60 с; III этап - уменьшение скорости сдвига от 300 с-1 до 0,130 с-1 в течение 120 с. При таком сканировании на I этапе структура материала сначала разрушается, а затем восстанавливается на III этапе цикла. На рисунке 4 наблюдаем возрастание эффективной вязкости в результате предшествующей деформации, т.е. эффект реопексии. Возникновение данного эффекта объясняется наличием в структуре гелей ионных групп, способных к образованию полярных связей. Деформирование приводит к образованию таких связей, что и приводит к росту вязкости, то есть реопексии.

Этот эффект имеет важное значение при применении гелевого поршня для очистки внутренней полости трубопроводов, так как собранные гелем загрязнения будут находиться во взвешенном состоянии, то устраняется опасность его застревания. Также это обуславливает необходимость перемешивания гелевых композиций перед закачкой в трубопровод для достижения необходимой вязкости гелевого состава.

1 – для геля с содержанием ПАА 5 % и сшивателя 5 %; 2 – для геля с содержанием ПАА 2 % и сшивателя 2 %

Рисунок 4 – Эволюция эффективной вязкости во времени

Дальнейшие исследования были направлены на получение уравнения, позволяющее определять вязкость гелевого состава. Анализ экспериментальных данных производился с помощью статистической программы Statgraphics. В ходе факторного планирования эксперимента была получена регрессионная зависимость вязкости гелевого состава от содержания компонентов:

где - вязкость гелевого состава поршня;

- содержание ПАА в гелевом поршне;

- содержание сшивателя в гелевом поршне.

Квадрат коэффициента множественной корреляции (коэффициент детерминации) показывает, что построенная регрессия объясняет 97,4927 % разброса относительно выборочного среднего зависимой переменной. Расхождение экспериментальных данных и теоретических расчетов составляет не более 5 %. Таким образом, изменяя состав гелевого поршня, можно формировать требуемую вязкость. Вязкость гелевого состава в большей степени зависит от содержания ПАА, чем от содержания сшивателя. Так, увеличение концентрации ПАА на 1 % сопровождается увеличением вязкости в среднем в 6 раз.

Вязкоупругие свойства были исследованы с помощью реометра Reostress RS1. На рисунке 5 показаны динамический модуль упругости и модуль потерь в зависимости от осцилационной частоты. До частоты наблюдается практически твердое тело. Упругий компонент преобладает. Этим объясняется проявление нормальных напряжений при движении гелевых поршней, которые обеспечивают их высокую степень герметичности при использовании в качестве разделителей при последовательной перекачке, очистке трубопроводов и т.д. С увеличением частоты значения падают, значения растут, начинается диапазон каучукоподобной эластичности. Оба модуля достигают одинакового значения при частоте порядка 0,1 Гц, что соответствует переходу материала от упругого к вязкому поведению. Зная данную частоту можно найти характерное время изменений в материале

 Кривые модулей упругости и вязкости Для исследования возможности-29

Рисунок 5 - Кривые модулей упругости и вязкости

Для исследования возможности образования поверхностного слоя геля, для выполнения таких технологических задач как уменьшение потерь на гидравлическое трение, предупреждение формирования внутритрубных отложений и антикоррозионная защита трубопровода, была использована программа Statgraphics. На контурном графике поверхности отклика (рисунок 6) можно определить, при каких концентрация ПАА, сшивателя и воды достигается образование поверхностного слоя. Функция практически не зависит от содержания полимера (слой образуется при любых его концентрациях), но большое количество сшивателя (больше 0,25 от количества ПАА) резко снижает способность геля оставлять слой.

  График поверхности отклика параметра «Наличие слоя» В четвертой главе-30

Рисунок 6 – График поверхности отклика параметра «Наличие слоя»

В четвертой главе изложена методика формирования и управления технологическими характеристиками гелевых поршней.

Методика предназначена для использования на трубопроводах при очистке их внутренней полости или разделении перекачиваемых продуктов с помощью гелевых поршней.

Целью методики является регламентация выполнения комплекса мероприятий, связанных с применением гелевых поршней в трубопроводном транспорте.

Методика состоит из четырех основных разделов и решает следующие задачи: 1) приготовление гелевого поршня с определенным составом в зависимости от условий применения; 2) ввод гелевого поршня в трубопровод; 3) определение необходимых параметров для движения гелевого поршня; 4) влияние гелевого поршня на окружающую среду и его утилизация.

Составлена таблица составов гелевых поршней, применяемых в трубопроводном транспорте, разработанные до настоящего момента, позволяющая обоснованно подобрать состав в зависимости от технологической задачи.

Большое влияние на формирование геля оказывает температура. Оптимальная температура созревания геля 25-35 0С. Нагрев смеси во всех случаях приводит к повышению технологических свойств пробки и к сокращению расхода полимера.

Применение вязкоупругих разделителей, обладающих рядом преиму­ществ, может вызвать осложнения, связанные с их низкой механической прочно­стью. Разрушение разделителя вызывает не только некачественное разделение нефтепродуктов, но и повышение гидравлического сопротивления трубопровода в случае повышенной адгезии к внутренней поверхности трубы нерастворенного в нефтепродукте разделителя.

Способ повышения эффективности очистки и разделения потоков включает прокачку вязкоупругого разделителя по трубам со скоростью, обеспечивающей сохранение его сплошности. После приготовления гелевого поршня определяют его плотность . С помощью реометрического прибора определяют значение первой разности нормальных напряжений геля (). Затем задают длину геля в трубопроводе L. Максимально допустимую, с точки зрения сохранения сплошности геля, скорость движения жидкостей в трубопроводе определяют из соотношения

,

где L – длина гелевого поршня, м;

– величина первой разности нормальных напряжений геля, Па;

D – внутренний диаметр трубопровода, м;

– плотность гелевого поршня, кг/м3;

Ga – критерий, определяющий соотношения упругих и инерционных сил;

Tн– нчальная температура геля, K;

Tк – конечная температура геля, K.

Данная зависимость была получена с помощью – теоремы.

Сохранение сплошности вязкоупругого разделителя и безопасность проведения работ будут обеспечены, если выполняется неравенство V<Vв, где Vв – максимальная скорость движения жидкостей, при которой не допускается превышение предела прочности трубопровода. В противном случае либо изменяют значение L, либо приготовляют другой состав, обладающий нужными значениями и .

В современных условиях требованиями по охране окружающей среды предусмотрена утилизация гелевого поршня, основой которого являются водорастворимые полимеры, он не горюч и не оказывает вредного воздействия на кожу и слизистую оболочку человека. Полимерный гель вытесняется в резервуар или приготовленную емкость, где осуществляется его хранение или биоде­градация.

Основные выводы

  1. Обобщение результатов существующего опыта позволило установить основные факторы, влияющие на технологические характеристики гелевых поршней: процентное соотношение полимера и сшивателя, температура приготовления состава и водородный показатель растворителя.
  2. Предложена классификация гелевых поршней в зависимости от их назначения и состава, дающая возможность прогнозировать перспективные направления исследований по совершенствованию технологии применения гелей при перекачке углеводородов.
  3. Согласно разработанной методологии проведены экспериментальные исследования по изучению реологических свойств гелевых составов на основе полиакриламида, в результате которых установлено проявление эффекта реопексии, который устраняет опасность застревания гелевого поршня при попуске его по трубопроводу.
  4. На основе применения методов регрессионного анализа получено уравнение, позволяющее установить характер и степень влияния состава геля на его вязкость. Установлено, что увеличение концентрации ПАА на 1 % сопровождается увеличением вязкости в среднем в 6 раз.
  5. Предложена методика, позволяющая обоснованно осуществлять выбор состава гелевого поршня. При выборе параметров технологии очистки рекомендуется учитывать возможность потери сплошности гелевого потока в процессе перекачки, поэтому величина скорости не должна превышать критических значений, определяемых полученной в диссертации формулой максимально допустимой скорости движения гелевого поршня.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах

1 Асадуллина, Г.М. Управление эксплуатационными характеристиками гелевых систем в трубопроводном транспорте / Г.М. Асадуллина // Нефтегазовое дело. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. - том 8. - № 1. – С. 56-60.

  1. Соколова, Г.М. Исследование реологических свойств гелевых поршней, применяемых в трубопроводном транспорте углеводородов / Г.М. Соколова // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. – № 3. - С. 7-11.
  2. Асадуллина, Г.М. Применение гелевых систем в технологических процессах трубопроводного транспорта / Г.М. Асадуллина, Д.Т. Ахияров, Г.Е. Коробков, В.Ф. Галиакбаров // Транспорт и хранение нефтепродуктов. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2008. – Выпуск 1.- С. 6 -9.
  3. Асадуллина, Г.М. Анализ изготовления и применения гелеобразных конструкций / Г.М. Асадуллина, Г.Е. Коробков //Материалы 55-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: Кн.1/Редкол.: Ю.М. Абызгильдин и др. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. – С. 134-135.
  4. Асадуллина, Г.М. Технология использования гелевых поршней / Г.М. Асадуллина, Г.Е. Коробков // 56-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. тез. докл. – Кн.2 / Редкол.: Ю.Г. Матвеев и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – С. 22.
  5. Асадуллина, Г.М. Способ очистки внутренней полости нефтегазопроводов и разделения углеводородов при их последовательной прокачке / Г.М. Асадуллина, Г.Е. Коробков // 57-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. тез. докл. – Кн.1 / Редкол.: Ю.Г. Матвеев и др. - Уфа.: Изд-во УГНТУ, 2006. – С. 16.
  6. Асадуллина, Г.М. Использование гелевых систем при транспортировке углеводородов / Г.М. Асадуллина // Трубопроводный транспорт – 2006: Тезисы докладов Международной учебно-научно-практической конференции/ Редкол.: Шаммазов и др. - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006.- С. 14-15.
  7. Асадуллина, Г.М. Рецептуры приготовления гелевых очистных устройств / Г.М. Асадуллина // Трубопроводный транспорт – 2006: Тезисы докладов Международной учебно-научно-практической конференции/ Редкол.: Шаммазов и др. - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006.- С. 15-16.
  8. Асадуллина, Г.М. О необходимости и возможности определения вязкоупругих свойств составляющих гелевых поршней / Г.М. Асадуллина, Д.Т. Ахияров, Г.Е. Коробков // 58-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. тез. докл. – Кн. 1/ редкол.: Ю.Г. Матвеев и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. – С. 24.
  9. Ахияров, Д.Т. Исследование реологических свойств гелеобразующего состава на ротационном вискозиметре VISCOTESTER 550 / Д.Т. Ахияров, Г.М. Асадуллина, Г.Е. Коробков // 58-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. тез. докл. – Кн. 1/ редкол.: Ю.Г. Матвеев и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. – С. 23.
  1. Shevchenko, E.V. Measuring of polymer’s rheological properties and its analysis / E.V. Shevchenko, G.M. Asadullina // 58-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. тез. докл. – Кн. 1/ редкол.: Ю.Г. Матвеев и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. – С. 37.
  2. Asadullina, G.M. The application of gel pigs / G.M. Asadullina, E.A. Pavluchenko, G.E. Korobkov // 58-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. тез. докл. – Кн. 2/ редкол.: Ю.Г. Матвеев и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. – C. 257.
  3. Асадуллина, Г.М. Технология изменения реологических свойств гелевых систем / Г.М. Асадуллина, Д.Т. Ахияров // Трубопроводный транспорт – 2007: Тезисы докладов Международной учебно-научно-практической конференции / Под ред. А.М. Шаммазов и др. – Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2007.- С. 25-27.
  4. Asadullina, G.M. Gel pig technology applications / G.M. Asadullina, N.T. Vavilova // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. ст. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008. - № 23.- С. 231.
  5. Асадуллина, Г.М. Условия существования прочной структуры гелевого поршня / Г.М. Асадуллина, Г.Е. Коробков // Трубопроводный транспорт – 2008: Материалы IV Международной учебно-научно-практической конференции/ Редкол.: А.М. Шаммазов и др. – Уфа: Типография Уфимского нефтяного технического университета, 2008. - С. 15-16.
  6. Асадуллина, Г.М. Условия формирования гелевых систем, позволяющих управлять их эксплуатационными характеристиками / Г.М. Асадуллина, Д.Т. Ахияров // 59-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. тез. докл. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008. – Кн. 1. – С. 4.
  7. Ахияров, Д.Т. Влияние вязкоупругих свойств гелей на их применение в операциях трубопроводного транспорта / Д.Т. Ахияров, Г.М. Асадуллина, Г.Е. Коробков // 59-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. тез. докл. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008. – Кн. 1. – С. 34.
  8. Ахияров, Д.Т. Измерение вязкоупругих свойств гелей на реометре Haake Rheostress 1/ Д.Т. Ахияров, Г.М. Асадуллина, Г.Е. Коробков // 59-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. тез. докл. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008. – Кн. 1. – С. 35.
  9. Асадуллина, Г.М. Экспериментальное исследование вязкоупругих систем / Г.М. Асадуллина // Трубопроводный транспорт – 2009: Материалы V Международной учебно-научно-практической конференции/ Редкол.: А.М. Шаммазов и др. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. - С. 14-15
  10. Ахтямов, А.К. Применение гелей при эксплуатации подводных трубопроводов / А.К. Ахтямов, Г.М. Асадуллина // 60-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: материалы конф. – Кн. 1/ редкол.: Ю.Г. Матвеев и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. – С. 17.
  11. Шевченко, Е.В. Определение и анализ рeологических свойств гелей (в применении к трубопроводам) / Е.В. Шевченко, Г.М. Асадуллина // 60-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: материалы конф. – Кн. 1/ редкол.: Ю.Г. Матвеев и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. – С. 8.
  12. Асадуллина, Г.М. Методика применения гелевых поршней в трубопроводном транспорте / Г. М. Асадуллина // 61-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: материалы конф. – Кн. 1/ редкол.: Ю.Г. Матвеев и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. – С. 103-104.
  13. Соколова, Г.М. Анализ результатов реологических исследований гелевых поршней / Г.М. Соколова // Трубопроводный транспорт – 2010: Материалы VI Международной учебно-научно-практической конференции/ Редкол.: А.М. Шаммазов и др. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. - С. 107-108.


Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.