Повышение эффективности гидродинамических исследований на стендовом оборудовании

Потребление энергии при перекачке нефти по трубопроводам в первую очередь определяется гидравлическим сопротивлением. В связи с этим особую значимость приобретают гидродинамические исследования, направленные на разработку энергосберегающих технологий. К ним относятся методы удаления водных и газовоздушных скоплений, повышающих сопротивление, а также применение противотурбулентных присадок, снижающих потери на трение. Ключевая проблема традиционной схемы исследований (теория – стенд – внедрение) заключается в том, что лабораторные установки, как правило, не моделируют в полной мере условия реальных магистральных трубопроводов, имеющих большой диаметр. Это затрудняет перенос полученных результатов в промышленность. Авторами предложен усовершенствованный алгоритм выполнения прикладных исследований. На первом этапе устанавливаются факторы, определяющие протекание процесса. Затем проводятся стендовые испытания для выявления количественных закономерностей. Далее разрабатывается математическая модель процесса, которая верифицируется с использованием экспериментальных данных. Главное отличие подхода – использование верифицированной модели для численного моделирования процесса в условиях, характерных для магистральных нефтепроводов большого диамера. Эффективность нового подхода подтверждена при решении проблемы выноса водных скоплений. На основе ограниченных стендовых данных была создана и верифицирована математическая модель, с помощью которой выполнен расчет для труб диаметром до 1200 мм, вязкости нефти до 40 мм²/с и углов наклона до 60°. Проверка полученной зависимости на действующем нефтепроводе подтвердили ее высокую точность по сравнению с ранее использовавшимися формулами. Energy consumption during oil pumping through pipelines is primarily determined by the flow resistance. In this connection, hydrodynamic research aimed at developing energy-saving technologies is of particular importance. Such technologies include methods for removing water and gas-air accumulations that increase resistance, as well as the use of anti-turbulent additives reducing the friction losses. The key problem with the traditional research steps (theory – test bench – implementation) is that laboratory installations, as a rule, do not fully simulate the conditions of real main pipelines with large diameters. This makes it difficult to transfer the obtained results to the industry. The authors propose an improved algorithm for performing the applied research. The first stage is to determine the factors defining the course of the process. Bench tests are then conducted to identify quantitative patterns. Next, the mathematical model of the process is developed and then verified using experimental data. The main feature of the approach is the use of a verified model for numerical simulation of the process under conditions typical for large-diameter main oil pipelines. Efficiency of the new approach has been confirmed when solving the problem of water accumulations discharge. Based on limited bench data, a mathematical model was created and verified, with the help of which a calculation was made for pipes with a diameter of up to 1200 mm, oil viscosity up to 40 mm2 /s and tilt angles up to 60°. Testing of the obtained dependence on an existing oil pipeline confirmed its high accuracy compared to previously used formulae.