Ефективний коефіцієнт дифузії в послідовному перекачуванні різносортних нафт: експериментальна верифікація

Abstract

Одномірна модель поздовжньої турбулентної дифузії і похідні від неї формули для розподілу концентрацій, визначення об'єму суміші, її розливання у резервуари можуть бути використані як при послідовному перекачуванні світлих нафтопродуктів, так і при послідовному перекачуванні нафт різних сортів. При цьому у всі розрахункові формули слід підставляти ефективний коефіцієнт дифузії, який враховує специфічність умов взаємного змішування нафт з суттєвою різницею фізико-хімічних властивостей. Ефективний коефіцієнт дифузії, який характеризує інтенсивність сумішоутворення різносортних рідин, визначає всі параметри технології послідовного перекачування нафт різних сортів. В результаті математичного моделювання та багатоваріантних розрахунків отримано аналітичні моделі для визначення ефективного коефіцієнта дифузії для гідравлічно гладкого закону тертя. Дані моделі є зручними для практичних розрахунків параметрів послідовного перекачування нафт різних сортів у магістральних нафтопроводах, в тому числі зі складною геометричною структурою. Розроблено методики та програмне забезпечення, які можна рекомендувати для уточнення розрахунків величини ефективного коефіцієнта дифузії у зоні гідравлічно гладкого закону тертя. Адекватність розроблених аналітичних моделей ефективного коефіцієнта дифузії перевірена шляхом порівняння результатів теоретичних досліджень з результатами обробки експериментальних даних, одержаних при послідовному перекачуванні різносортних рідин на лабораторному стенді, що дає можливість моделювати процеси змішування рідин з різною в'язкістю при режимах послідовного перекачування, що мають місце на реальних нафтопроводах, оскільки при її проектуванні витримані критерії геометричної та гідродинамічної подібності. Результати дослідів математично оброблені за запропонованою в роботі методикою і програмним забезпеченням. Згідно з розрахунками гранична відносна похибка визначення дослідного значення ефективного коефіцієнта дифузії становить 9 %. Порівняння експериментальних значень ефективного коефіцієнта дифузії з розрахунковими, одержаними за розробленими нами моделями вказує, що відносна різниця результатів не перевищує 19 %, що є прийнятним для проведення інженерних розрахунків та свідчить про адекватність розрахункових формул і можливість їх застосування для розрахунку параметрів послідовного перекачування нафт різних сортів.

A one-dimensional model of a longitudinal turbulent diffusion and its derivative formulas for distribution of concentrations, calculation of mixture volumes, and distribution of mixtures into tanks can be used for delivery of light oil product by batches, as well for delivery of various kinds of oil by batches. Furthermore, it is important to place the effective diffusion coefficient that takes into account the specific conditions of mixing of different kinds of oil into the calculation formulas. The effective diffusion coefficient that characterizes the intensity of mixing of liquids with different physical properties determines all the parameters of the technology of delivery of various kinds of oil by batches. As the result of mathematical modelling and numerous calculations, the analytical models for calculating the effective diffusion coefficient for smooth friction flow regime have been obtained. The models are simple and convenient for practical calculations of the parameters of the technology for delivery of various kinds of oil by batches in main oil pipelines, including pipelines with complicated geometric structure. Methods and software for precise calculations of the effective diffusion coefficient for smooth friction flow regime have been developed. The adequacy of the developed analytical models of effective diffusion coefficient has been tested with the help of comparison of the theoretical studies results with the experimental data processing results that were obtained when delivering various kinds of oil by batches on a laboratory bench. This provides a possibility to model processes of mixing of different density liquids using the regime of delivery by batches that takes place at real oil pipelines because all the criteria of geometric and hydrodynamic similarity have been maintained during the engineering process. The results of the studies have been mathematically processed using the obtained methods and software. The limiting relative error of the effective diffusion coefficient of the calculations is equal to 9% in accordance with the calculations. The comparison of experimental values of the effective diffusion coefficient with the calculated values, obtained with the help of the developed models, shows that the relative difference of the results is under 19%, which satisfies the required precision of practical calculations and shows that the obtained equations are valid and can be used for practical calculations.