Противотурбулентная эффективность растворов нефтерастворимых полимеров и коллоидных систем при течении в цилиндрическом канале

Abstract

Актуальность. Использование противотурбулентных присадок при трубопроводном транспорте углеводородных жидкостей по магистральным трубопроводам позволит заметно снизить энергопотребление силовых насосных станций. Цель: сравнительный анализ эффективности противотурбулентного действия высокомолекулярных полимеров и композиций поверхностно-активных веществ. Методы: лабораторные эксперименты по изучению текучести разбавленных растворов полимеров и дисперсных систем поверхностно-активных веществ через цилиндрический канал турбулентного реометра. Результаты. Проведены сравнительные экспериментальные исследования противотурбулентной эффективности предельно разбавленных растворов полимеров и коллоидных систем. Получены результаты, свидетельствующие о более высокой противотурбулентной эффективности высокомолекулярных полимеров по сравнению с мицеллярными системами поверхностно-активных веществ. В качестве образцов при экспериментальном сравнении гидродинамической эффективности использованы растворы высокомолекулярного полибутадиена и полигидроксидикарбокилаты алюминия в бензине. Описана лабораторная установка, на которой проводились исследования, и представлены использованные формулы для количественных расчетов. Рассмотрена структура полимерных растворов и коллоидных систем, и дано теоретическое объяснение предпочтительному использованию в промышленной практике на реальных трубопроводах высокомолекулярных полимеров в предельно малых концентрациях. Установлен различный механизм деградации противотурбулентных свойств полимерных растворов и дисперсных систем поверхностно-активных веществ, обусловленный различным строением макромолярных клубков полимеров с иммобилизованным растворителем и мицелл из низкомолекулярных соединений дифильного строения. Приведены аргументы, которые объясняют деградацию противотурбулентных свойств полимеров не деструкцией карбоцепных макромолекул, а распадом в турбулентном потоке исходных крупных ассоциатов, состоящих из большого числа цепей, на индивидуальные и более мелкие макромолекулярные клубки с иммобилизованным растворителем.

Relevance. The use of anti-turbulent additives for transporting hydrocarbon liquids through main pipelines allows reducing significantly the energy consumption of pumping power stations. Aim. Comparative analysis of the anti-turbulent efficiency of high-molecular polymers and compositions of surfactants. Methods. Laboratory-scale experimentation aimed to study the flow of dilute polymer solutions and dispersed surfactant systems through a cylindrical channel of a turbulent rheometer. Results. The author has carried out the comparative experimental studies of the anti-turbulent efficiency of extremely dilute solutions of polymers and colloidal systems. The results were obtained that suggest a higher anti-turbulent efficiency of high-molecular-weight polymers compared to micellar surfactant systems. Solutions of high molecular weight polybutadiene and aluminum polyhydroxydicarboxylates in gasoline were used as samples for the experimental comparison of hydrodynamic efficiency. The paper describes the laboratory setup, on which the studies were carried out, and introduces the formulas used for quantitative calculations. The structure of polymer solutions and colloidal systems is considered and a theoretical explanation is given for the preferential use in industrial practice of high-molecular polymers in extremely low concentrations in real pipelines. It was found out that the mechanisms of degradation of anti-turbulent properties of polymer solutions and dispersed surfactant systems are different. This is due to the difference in the structure of macromolar coils of polymer with an immobilized solvent and that of micelles from low molecular amphiphilic compounds. The paper introduces the arguments that explain the degradation of the anti-turbulent properties of polymers not by the destruction of carbonchain macromolecules, but by decomposition in a turbulent flow of the original large associates, consisting of a large number of chains, into individual and smaller macromolecular coils with an immobilized solvent