РАЗРАБОТКА АКУСТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ ТЕКУЧЕСТИ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ТРУБОПРОВОДАХ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ научный руководитель Коренбаум Владимир Ильич д.т.н., профессор УРАН Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН Владивосток, Балтийская, 43

ВВЕДЕНИЕ Трубопроводная транспортировка тяжелых углеводородов при температурах существенно ниже их точки плавления существенно затруднена их крайне слабой текучестью. В частности для случая транспортировки топочного мазута (тяжелой фракции нефти) в зимних условиях приходится использовать интенсивный разогрев паром. Это требует значительных энергозатрат и затруднительно в полевых условиях. Работы по исследованию влияния ультразвука на текучесть нефти в трубопроводах широко проводятся в странах мира, имеющих суровые зимние климатические условия (Россия, США, Канада).

ПРОВЕДЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Целью нашего исследования являлось применение акустического метода к особо тяжелым и слаботекучим нефтепродуктам (температура плавления около 40 о С) и при более низких температурах окружающей среды (до -15 о С). В ходе выполнения гранта РФФИ – ДВО РАН ( гг.) авторам предлагаемого проекта удалось разработать и изготовить макет оригинальной лабораторной модельной установки, основанной на принципе обращении геометрии задачи о продвижении рабочей среды в трубе (патент РФ на полезную модель от ). Контролируется не количество рабочей среды, протекающей через отрезок трубы до/после воздействия ультразвука, а усилие страгивания патрубка при его вращении в рабочей среде в зависимости от интенсивности продольных ультразвуковых колебаний патрубка, обеспечивающих сдвиговые колебания рабочей среды в пристеночном слое трубы.

ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА 1 – стальной стакан, 2 – ось вращения, закрепленная на внешнем штативе, 3 – шпилька-фиксатор, 4 – полукольца фиксирующие, 5 – П-образный цилиндрический подвес, 6 –исследуемый патрубок, 7 – пьезоэлектрический преобразователь, 8 – винты-фиксаторы, 9 – внешний и внутренний цилиндрические электроды, 10 – плоский кольцевой пьезоэлектрический преобразователь, 11, 12, 19 – токоведущие провода, 13 – рабочая среда, 14 – фиксаторы стакана, 15 – рычаг, 16 – контрольный биморфный акселерометр, 17 – датчик температуры в объеме среды, 18 – датчик температуры патрубка.

РЕЗУЛЬТАТЫ Выявлено статистически значимое снижение отношения усилия к начальной температуре среды (мазут М-100, температуры около -15 о С на примерно 20% при 20- секундном воздействии ультразвуковых колебаний с удельной акустической мощностью не более 0,002 Вт/см 2.

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ЭФФЕКТА Что касается возможных механизмов снижения статического предела текучести тяжелых нефтепродуктов, то в качестве такового предполагается деформация кубического скелета парафиновых депозитов и выделение из них жидких фракций под действием статического усилия. Вероятно, сдвиговые ультразвуковые колебания могут интенсифицировать этот процесс. С другой стороны, не исключено и внутримолекулярное влияние ультразвука на конформационную перестройку длинных углеводородных молекул или их частичный разрыв.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Достигнутое почти 20% снижение усилия страгивания вращающегося патрубка в мазуте, вследствие обращения геометрии лабораторной установки, эквивалентно почти 20% снижению сопротивления в пристеночном слое трубопровода при страгивании мазута. Этот эффект представляет интерес для снижения экстремальной нагрузки на насосы нефте- и продукто- трубопроводов в зимних стартовых режимах и продление таким образом срока их службы а также возможное снижение энергозатрат на разогрев.

ПРЕДЛАГАЕМЫЙ ИННОВАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ разработать укрупненную модельную лабораторную установку; провести экспериментальные исследования по оптимизации режимов ультразвукового воздействия; разработать технические решения по переносу полученных результатов на опытную промышленную установку; провести натурный эксперимент; разработать техническую и эксплуатационную документацию; разработать бизнес-план на производство и реализацию продукции; организовать серийное производство и реализацию продукции.

КОММЕРЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ Коммерциализуемость проекта определяется актуальной потребностью повышения текучести тяжелых нефтепродуктов в трубопроводах ТЭЦ, нефтебаз, магистральных трубопроводов в зимнее время. Альтернативный разогрев паром, используемый ныне, крайне не эффективен энергетически и заставляет использовать насосы трубопроводов в экстремальных режимах, грозящих резким снижением их ресурса. Инвестиции необходимы на выполнение работ по доработке продукта и документации, проведение модельных и натурных исследований, подготовку и организацию серийного производства, маркетинг, международное патентование. Оценочный объем требуемых инвестиций составляет 70 млн. руб. в течение 5 лет. Продажи планируется начать с 4-5-го года.

АВТОРСКИЙ КОЛЛЕКТИВ имеет опыт успешного выполнения: 3-х хоздоговорных НИОКР с промышленностью в области акустического приборостроения (начало 90-х), 2-х контрактов на НИОКР с МинОбороны РФ (начало – конец 90- х, гг.), инновационного проекта по Программе Старт-09 (1-й год). Наиболее важные научные публикации по тематике проекта: Коренбаум В.И., Тагильцев А.А. Снижение статического предела текучести охлажденной до -15 o C тяжелой фракции нефти под действием сдвиговых ультразвуковых колебаний // Письма в ЖТФ, 2010, том 36, выпуск 5. С Korenbaum V.I., Tagiltsev A.A. Effect of Ultrasonic Oscillations on the Fluidity of Heavy Oil Products at Low Temperatures // Acoustical Physics, 2010, Vol. 56, No. 5, pp. 734–738.