Неизотермическое движение парафинистой нефти в трубопроводе

  • U. K. Zhapbasbaev Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева, г. Алматы, Казахстан http://orcid.org/0000-0001-5973-5149
  • D. Zh. Bossinov Казахский национальный университет имени аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан http://orcid.org/0000-0003-3757-6460
Ключевые слова: парафинистая нефть, неизотермическое движение, ньютоновской жидкости в вязкопластичное состояние

Аннотация

В данной статье исследовано неизотермическое движение парафинистой нефти в трубопроводе с переходом ньютоновской жидкости в вязкопластическое состояние. Реологические свойства парафинистой нефти (вязкость, предельное напряжение сдвига) в высокой степени зависят от температуры. При горячей перекачке парафинистой нефти по трубопроводам происходит неизотермическое движение с теплообменом с окружающей средой. Это приводит к снижению температуры парафинистой нефти, увеличению вязкости, появлению предельного напряжения сдвига, кристаллизации парафина и осаждению твердых фракций на внутренней стенке трубопровода. Отложение твердых фракций нефти уменьшает проходное сечение трубопровода, приводит к появлению "застойной зоны" с тепловой изоляцией в пристенной области. Структура нефти изменяется - ньютоновское свойство при высоких температурах переходит в неньютоновское состояние. Одномерное моделирование неизотермического движения парафинистой нефти в трубопроводе путем традиционного усреднения температуры и скорости по сечению трубы не позволяет объяснить физику явления перестройки потока. Поэтому в данной работе построена двумерная модель движения и теплообмена парафинистой нефти. Расчетные данные показывают переход ньютоновской жидкости в вязкопластичное состояние из-за теплообмена парафинистой нефти с окружающей средой. Полученные результаты создают основу для моделирования течений аномальных жидкостей с тепломассообменом и фазовым переходом. Содержание статьи будет полезным для широкого круга исследователей, занимающихся в области гидродинамики и тепломассообмена.

Литература

[1] Ahmadpour A., Sadeghy K., Maddah-Sadatieh S.R., "The effect of a variable plastic viscosity on the restart problem of pipelines filled with gelled waxy crude oils", J. Non Newtonian Fluid Mech. 205(2014), 16-27.
[2] Li H., Zhang J., Song C., Sun G., "The influence of the heating temperature on the yield stress and pour point of waxy crude oils", J. Petrol. Sci. Eng. 135(2015), 476-483.
[3] Chala G.T., Sulaiman S.A., Japper-Jaafar A., "Flow start-up and transportation of waxy crude oil in pipelines: a review", Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 251(2018), 69-87.
[4] Ribeiro F.S., Souza Mendes P.R., Braga S.L., "Obstruction of pipelines due to paraffin deposition during the flow of crude oils", Int. J. Heat Mass Transfer 40(1997), 4319-4328.
[5] Sahu K.C., "Linear instability in a miscible core-annular flow of a Newtonian and a Bingham fluid", J. Non Newtonian Fluid Mech. 264(2019), 159-169.
[6] Aiyejina A., Chakrabarti D.P., Pilgrim A., Sastry M.K.S., "Wax formation in oil pipelines: a critical review", Int. J. Multiphase Flow. 37(2011), 671-694.
[7] Beisembetov I.K., Bekibayev T.T., Zhapbasbayev U.K. et al., Management of energy-saving modes of oil mixtures transportation by the main oil pipelines (Almaty: KBTU, 2016), 215.
[8] Zhumagulov B.T., Smagulov SH.S., Evseeva A.U., Nesterenkova L.A., Truboprovodnyi transport vysokovyazkikh i vysokozastyvayushchikh neftei [Pipeline transportation of highly viscous and highly solidifying oils] (Almaty: Gylym, 2002), 287 [in Russian].
[9] Aldyyarov T.K., Makhmotov E.S., Didukh A.G., Gabsattarova G.A., Boranbaeva L.E., Reologiya neftei i neftesmesei (transportiruemykh AO "KazTransOil ) [Rheology of oils and oil mixtures (transported by "KazTransOil"JSC)] (Almaty: Dala, 2012), 287 [in Russian].
[10] Bekibayev T.T., Zhapbasbayev U.K., Ramazanova G.I., Makhmotov E.S., Sayakhov B.K., "Management of Oil Transportation by Main Pipelines", Communications in Computer and Information Science 8(2019), 44-53.
[11] Bakhtizin R.N., Shutov A.A., Shtukaturov K.YU., Modelirovanie rezhimov raboty truboprovodov s primeneniem kompleksa programm NIPAL 3.0 [Modeling pipeline operation modes using the NIPAL 3.0 software package] (Neftegazovoe delo, 2004),
24.
[12] Shutov A.A., Ob odnom klasse techeniya nen’yutonovskoi zhidkosti [About one class of non-Newtonian fluid flow] (Sb. nauch. trudov, Ufa: IPTER, 1994), 185.
[13] Voller V.R., Swaminathan C.R., Thomas B.G., "Fixed grid techniques for phase change problems: a review", International Journal for Numerical Methods in Engineering 30:4(1990), 875-898.
[14] Hu H., Argyropoulos S.A., "Mathematical modelling of solidification and melting: a review", Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 4:4(1996), 371-396.
[15] Dale Anderson, John C. Tannehill, Richard H. Pletcher, Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer (CRC Press, 1990).
Опубликован
2020-12-30