Способ виброструйной гидродинамической технологии сохранения текучести углеводородных топлив и нефтепродуктов в условиях низких температур

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью создания энергоэффективного способа сохранения текучести углеводородного топлива в условиях низких температур, при температурах существенно ниже температуры застывания продукта. В условиях низких температур высоких широт Сибири и Арктики имеются проблемы с запуском энергетических установок, работающих на углеводородном топливе и маслах. Применяемые термические и химические методы сохранения текучести топлива, масла и охлаждающей жидкости не дают полной гарантии в оперативной подготовке к работе автономных объектов. Вибрационные технологии могут существенно изменить реологические свойства углеводородного топлива посредством создания высоких сдвиговых скоростей и гистерезисного нагрева нефтепродуктов. Процесс вибрационного создания высоких сдвиговых скоростей сплошной среды имеет затраты энергии в десятки раз меньше, чем термический метод сохранения текучести топлива. Низкая теплопроводность углеводородного топлива способствует образованию возле внутренних стенок резервуаров застывшего топлива, которое является теплоизоляцией. При внесении внутрь резервуара механической вибрационной мощности топливо внутри данной системы будет достаточно жидким и готовым к применению по требованию. Цель: создание методики расчета теплоизоляционного эффекта застывшего нефтепродукта, определение количества энергии, необходимой для поддержания топлива в жидком состоянии при разных температурах окружающей среды. Методы: математический расчет перепада температур в системе «стенка резервуара – слой застывшего топлива» и экспериментальные исследования изменения реологических свойств нефтепродуктов под воздействием системы затопленного вибрирующего конфузора. Результаты. Предложен инженерный метод расчета толщины застывшего топлива на внутренних стенках резервуара при отрицательных температурах окружающей среды и величины механической энергии, необходимой для сохранения текучести топлива.

The relevance of the research is cased by the need to develop an energy-efficient way to maintain the fluidity of hydrocarbon fuels at low temperatures, at temperatures significantly lower the freezing point of the product. Under conditions of low temperatures of high latitudes of Siberia and Arctic, there are problems with the launch of power plants operating on hydrocarbon fuels and oils. Thermal and chemical methods used to preserve the fluidity of fuel, oil and coolant fluid do not provide a complete guarantee in operational preparation for operation of autonomous objects. Vibration technologies can significantly change the rheological properties of hydrocarbon fuels by creating high shear rates and hysteresis heating of petroleum products. The process of vibratory creation of high shear velocities in a continuous medium has energy costs ten times less than the thermal method for maintaining fuel flow. The low thermal conductivity of hydrocarbon fuel contributes to formation of solidified fuel near the inner walls of the tanks, which are the thermal insulation. Introducing a mechanical vibration power inside the tank, the fuel inside this system will be sufficiently liquid and ready for use on demand. The main aim of the research is to create a method for calculating heat-insulating effect of a frozen petroleum product, to determine the amount of energy required to maintain the fuel in a liquid state at different ambient temperatures. Methods: mathematical calculation of the temperature difference in the system «tank wall - layer of solidified fuel» and experimental studies of changes of rheological properties of petroleum products under the influence of a submerged vibrating confuser system. Results. The authors have proposed the engineering method for calculating frozen fuel thickness on the inner walls of the tank at negative ambient temperatures and the amount of mechanical energy required to maintain fuel fluidity.