CN106051462B - 自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道 - Google Patents
自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，包括流动管道和表面活性剂注射装置；表面活性剂注射装置包括用于盛放表面活性剂溶液的弹性袋子、用于固定弹性袋子的固定容器和用于传递推动力的弹性膜片。本发明仅凭借管道流体内部压差的改变来自动控制注入表面活性剂溶液的多少，从而实现自动获取最佳减阻率的功能；不需要借助外界人工操作和高端精密仪器即可完成整个控制过程，整个减阻管道结构简单、施工方便、成本低廉、且便于对现有管道安装和改造；该减阻管道既获得了最高减阻率、获得最佳节能效果，又避免了表面活性剂的过度使用、避免了不必要的浪费。
Description
技术领域
本发明属于流体管道输送中的流动减阻技术领域，涉及一种自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，属于表面活性剂添加剂湍流流动管道减阻节能技术，特别适用于表面活性剂减阻流动减阻性能的改善和控制。
背景技术
节能减排是目前人类社会关注的主要问题之一。随着学术界对表面活性剂添加剂减阻技术研究的日趋深入，表面活性剂湍流减阻技术得到广泛的应用，其中用该方法降低液体(如石油)长距离管道输送系统泵的功耗，被认为是最有前途的应用之一。
目前的研究表明(如Huang CH,Liu DJ,Wei JJ.Chem.Eng.Sci.,2016,152:267-279)，影响表面活性剂管道流动减阻最高减阻率的因素有表面活性剂的浓度、流体温度和流动雷诺数等。特别是当不考虑输送流体温度变化时，最高减阻率与表面活性剂的浓度和流动雷诺数密切相关。当表面活性剂的浓度较低时，对应最高减阻率的雷诺数(即临界减阻雷诺数)较低；当表面活性剂的浓度较高时，对应最高减阻率的雷诺数较高。作为一个事实，输送液体的速度不可能是固定不变的，其总是随着外界条件的改变而改变，输送速度的改变必然会引起输送流体雷诺数的变化，最终会引起减阻率偏离最佳减阻率，出现减阻率减小、甚至消失的现象。
为了应对流动工况(即流动雷诺数)的变化和减少表面活性剂的使用量、避免不必要的浪费，以及取得最佳节能效果，必须设法取得不同雷诺数下的最佳减阻率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了应对流动工况(即流动雷诺数)的变化和减少表面活性剂的使用量、避免不必要的浪费，以及取得最佳节能效果，本发明提供一种自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，以便改善表面活性剂减阻溶液的减阻性能，提高表面活性剂的有效利用率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，包括流动管道和表面活性剂注射装置；所述流动管道包括流动管道管体、表面活性剂溶液分配槽环和管道接管，所述表面活性剂溶液分配槽环环设在流动管道管体外的偏下游位置处，所述表面活性剂溶液分配槽环对应的流动管道管体上沿环向均匀开设有表面活性剂溶液注射孔，所述管道接管焊接在表面活性剂溶液分配槽环上，且所述管道接管上配置有管道调节阀和单向阀；所述表面活性剂注射装置包括用于盛放表面活性剂溶液的弹性袋子、用于固定弹性袋子的固定容器和用于传递推动力的弹性膜片，所述固定容器包括下部分和上部分，所述固定容器的下部分焊接有排净接管，所述弹性袋子上连接有用于补给表面活性剂溶液的补液接管，所述补液接管伸出至所述固定容器外，所述弹性袋子底部接有袋子接管，所述袋子接管上配置有袋子调节阀；所述弹性袋子设置在固定容器的下部分内，所述弹性膜片设置在固定容器内且位于弹性袋子上方；所述固定容器的下部分和上部分分别焊接有下容器管接头和上容器管接头，所述下容器管接头位于弹性膜片与弹性袋子之间的位置，所述上容器管接头位于弹性膜片上方的位置，所述上容器管接头通过上游管线与所述流动管道管体的上游位置处连通，所述下容器管接头通过静压平衡用管线与所述流动管道管体的靠近表面活性剂溶液分配槽环的位置处连通。
所述固定容器的下部分的容积远大于上部分的容积，固定容器的上部分和下部分由所述弹性膜片隔开。
所述流动管道还包括管道管接头，所述管道管接头分别焊接在上游位置处和靠近表面活性剂溶液分配槽环位置处。
所述流动管道还包括焊接在管道两端的管法兰。
所述固定容器的下部分和上部分均设有容器法兰，所述下部分与上部分通过容器法兰相互固定。
所述静压平衡用管线和上游管线采用橡胶或PVC材料管子。
所述弹性膜片为橡胶板。
本发明是基于流体连续流动、静压平衡原理而发明的。被输送液体之所以能够在管道内快速的流动是因为外界机械(如泵)提供了足够高的驱动力(即压力降)来克服管道内部摩擦阻力的影响，位于输送管道上游流体的压力总是高于下游流体的压力这样形成压力降，将被输送的流体向前推进。
采用具有超强弹性的袋子(类似气球)来盛放表面活性剂溶液、并将其与输送流体管道的下游相接，而弹性袋子的外部同时被下游流体和上游流体包围和挤压。下游流体的作用是保持弹性袋子内表面活性剂溶液的压力与管道注入口处流体的静压平衡。因上游流体的压力高于下游流体的压力，所以上游流体可以作为一种推动力对表面活性剂袋子进行挤压，将表面活性剂溶液给予挤压并注射到输送流体管道内部、实现减阻。
因不同的流体速度需要不同的压力降来维持流动，如当速度增大时，那么外界提供的驱动力(即压力降)必须增大，这样作用在弹性袋子周围的压力也随之增大，就会有更多的表面活性剂溶液被挤压注射到管道内部来取得最高减阻率；反之，当流速减小时，外界提供的驱动力(即压力降)也减小，这样作用在弹性袋子周围的压力也随之减小，注射到管道内的表面活性剂溶液的量也随之减小，将减阻率始终维持在一个相应的最高减阻率。
本发明的有益效果是，本发明的一种自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，仅凭借管道流体内部压差的改变来自动控制注入表面活性剂溶液的多少，从而实现自动获取最佳减阻率的功能；不需要借助外界人工操作和高端精密仪器即可完成整个控制过程，整个减阻管道结构简单、施工方便、成本低廉、且便于对现有管道安装和改造；该减阻管道既获得了最高减阻率、获得最佳节能效果，又避免了表面活性剂的过度使用、避免了不必要的浪费。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道的结构示意图；
图2是本发明的流动管道与表面活性剂溶液分配槽环连接部位的剖面示意图。
其中：1.流动管道管体，2.表面活性剂溶液分配槽环，3.管法兰，4.上游管线，5.上游管线调节阀，6.静压平衡用管线，7.静压平衡用管线调节阀，8.管道调节阀，9.管道接管，10.袋子调节阀，11.单向阀，12.接管螺母，13.袋子接管，14.下部分，15.上部分，16.容器法兰，17.弹性膜片，18.补液调节阀，19.补液接管，20.排净调节阀，21.排净接管，22.弹性袋子，23.管道管接头，24.表面活性剂溶液注射孔，25.下容器管接头，26.上容器管接头。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，主要由流动管道和表面活性剂注射装置两大部分组成，流动管道包括流动管道管体1、焊接在偏下游位置处的表面活性剂溶液分配槽环2、焊接在管道两端的连接用管法兰3、分别焊接在上游位置处和靠近表面活性剂溶液分配槽环2位置处的管道管接头23，以及焊接在表面活性剂溶液分配槽环2上的管道接管9，管道接管9上配置有调节阀8和单向阀11，表面活性剂注射装置部分主要包括盛放表面活性剂溶液用的弹性袋子22、固定弹性袋子22用的固定容器的下部分14和上部分15、容器法兰16、传递推动力的弹性膜片17、焊接在固定容器上部分15和下部分14的上容器管接头26和下容器管接头25、焊接在固定容器下部分14的排净接管21和排净调节阀20、连接在表面活性剂弹性袋子22上补给用的补液接管19和补液调节阀18、接在表面活性剂弹性袋子22底部的袋子接管13和袋子调节阀10，以及连接管接头和管线用的接管螺母12，和连接用上游管线4和静压平衡用管线6。图1中箭头所示为流动管道管体1内表面活性剂溶液的流动方向。
如图2所示，为了将表面活性剂溶液均匀的注入流动管道管体1内部，在流动管道管体1焊接表面活性剂溶液分配槽环对应的管道部位沿环向均匀开设表面活性剂溶液注射孔24。
为了便于将表面活性剂补给用补液接管19和表面活性剂注射用袋子接管13伸出固定容器下部分14外面，在固定容器下部分14相应的位置打孔，为了防止泄露，补液接管19和袋子接管13伸出留有的孔之后，涂油一定的密封胶。
为了便于连接和更换，静压平衡用管线6和上游管线4可以采用橡胶或PVC材料管子。
为了能够将管道上游流体的压力快速传递给盛放表面活性剂溶液弹性袋子22，弹性膜片17的弹性要好，可以选用弹性较好的橡胶板。所述弹性袋子22由超强弹性橡胶制成，其盛装表面活性剂溶液后不能保持固定形状、仅起到密封作用，最终形状取决于固定其的固定容器。
固定弹性袋子的固定容器为圆柱形容器，由下部分14和上部分15上下两半组成，并由弹性膜片17隔开，下部分14和上部分15均焊有容器法兰16，以便于连接和拆卸。
工作时，利用管法兰3将流动管道管体1与流体输送总管连接起来；在流动管道管体1偏中间位置处焊有表面活性剂溶液分配槽环2；在槽环2临近位置处焊有与固定容器的下部分14相连的静压平衡用管线6，并在流动管道管体1靠近入口位置处焊有欲与固定容器的上部分15相连的上游管线4。
所述的表面活性剂溶液分配槽环2与流动管道管体1焊接为一体，并将其通过管道接管9经管道调节阀8、单向阀11与盛放表面活性剂溶液弹性袋子22的管线利用接管螺母12连接起来。
所述盛放表面活性剂溶液弹性袋子22的底部接有袋子接管13。袋子接管13外伸出固定容器，且袋子接管13上装有袋子调节阀10，弹性袋子22的中部设有伸出固定容器的表面活性剂溶液补给用补液接管19，补液接管19上配有补液调节阀18。
固定容器的下部分14的容积远大于上部分15的容积，下部分14主要用来固定表面活性剂溶液弹性袋子22，且下部分14的右侧上部焊有与流动管道管体1下游相通的静压平衡用管线6。下部分14左侧的底部焊有排净接管21，排净接管21上配有排净调节阀20。固定容器上部分15的容积较小，其顶部中间位置焊有与流动管道管体1上游相通的上游管线4；固定容器的下部分14和上部分15由弹性膜片17隔开。
所述的弹性膜片17夹持在固定容器法兰16中间，将固定容器的下部分14和上部分15隔开，将流动管道管体1上游流体的压力传递给盛放表面活性剂的弹性袋子22上。
所述固定容器上部空间(弹性膜片的上方)由上游管线4与流动管道管体1的上游相通，固定容器的下部空间(弹性膜片的下方)由静压平衡用管线6与流动管道管体1靠近表面活性剂溶液分配槽环2的下游相通；二者用的连接管线长度和管径应保证具有相同的阻力。
所述的表面活性剂溶液分配槽环2的管道接管9装有单向阀11，以防止流动管道管体1内的流体倒流入弹性袋子22。
本发明的工作原理如下：
工作开始时，先将所有的调节阀(上游管线调节阀5、静压平衡用管线调节阀7、管道调节阀8、袋子调节阀10、补液调节阀18和排净调节阀20)关闭，将流动管道管体1经管法兰3接在液体输送的主干管线上；同时打开表面活性剂补给用补液调节阀18和静压平衡用管线6上的静压平衡用管线调节阀7。将表面活性剂弹性袋子22撑满、并使其外部压力近似等于流动管道管体1下游流体的压力。然后打开管道调节阀8和袋子调节阀10准备将表面活性剂弹性袋子22内的表面活性剂溶液注入到流动管道管体1内部实现减阻，由于表面活性剂溶液弹性袋子22外部的压力近似等于下游流动管道管体1内流体的压力，表面活性剂溶液还不能注入流动管道管体1内部。
接着打开上游管线调节阀5，将流动管道管体1上游流体引入固定容器上部分15的空间内。因上游流体的压力高于下游流体的压力，其必将会推动弹性膜片17向下鼓胀，这样就会给固定容器下部分14内的流体施加压力、并传给表面活性剂弹性袋子22，将表面活性剂溶液挤压并注入到流动管道管体1内，实现减阻。
当流动管道管体1内流动速度改变时，施加给弹性袋子22的压力就会改变，这样注入流动管道管体1内的表面活性剂溶液的量就会随之变化。当流速大时，传递给弹性袋子22的压力就会大些，那么注入流动管道管体1内的表面活性剂溶液的量就会多些；反之，当流速小时，传递给弹性袋子22的压力就会小些，这样注入流动管道管体1内的表面活性剂溶液的量就会少些；高流速(对应高的雷诺数)下，最高减阻率需要的表面活性剂溶液多些，低流速下，最高减阻率需要的表面活性剂溶液少些，从而实现了自动获取最高减阻率。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，其特征在于：包括流动管道和表面活性剂注射装置；
所述流动管道包括流动管道管体(1)、表面活性剂溶液分配槽环(2)和管道接管(9)，所述表面活性剂溶液分配槽环(2)环设在流动管道管体(1)外的偏下游位置处，所述表面活性剂溶液分配槽环(2)对应的流动管道管体(1)上沿环向均匀开设有表面活性剂溶液注射孔(24)，所述管道接管(9)焊接在表面活性剂溶液分配槽环(2)上，且所述管道接管(9)上配置有管道调节阀(8)和单向阀(11)；
所述表面活性剂注射装置包括用于盛放表面活性剂溶液的弹性袋子(22)、用于固定弹性袋子(22)的固定容器和用于传递推动力的弹性膜片(17)，所述固定容器包括下部分(14)和上部分(15)，所述固定容器的下部分(14)焊接有排净接管(21)，所述弹性袋子(22)上连接有用于补给表面活性剂溶液的补液接管(19)，所述补液接管(19)伸出至所述固定容器外，所述弹性袋子(22)底部接有袋子接管(13)，所述袋子接管(13)上配置有袋子调节阀(10)；所述弹性袋子(22)设置在固定容器的下部分(14)内，所述弹性膜片(17)设置在固定容器内且位于弹性袋子(22)上方；
所述固定容器的下部分(14)和上部分(15)分别焊接有下容器管接头(25)和上容器管接头(26)，所述下容器管接头(25)位于弹性膜片(17)与弹性袋子(22)之间的位置，所述上容器管接头(26)位于弹性膜片(17)上方的位置，所述上容器管接头(26)通过上游管线(4)与所述流动管道管体(1)的上游位置处连通，所述下容器管接头(25)通过静压平衡用管线(6)与所述流动管道管体(1)的靠近表面活性剂溶液分配槽环(2)的位置处连通。
2.如权利要求1所述的自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，其特征在于：所述固定容器的下部分(14)的容积远大于上部分(15)的容积，固定容器的上部分(15)和下部分(14)由所述弹性膜片(17)隔开。
3.如权利要求1所述的自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，其特征在于：所述流动管道还包括管道管接头(23)，所述管道管接头(23)分别焊接在上游位置处和靠近表面活性剂溶液分配槽环(2)位置处。
4.如权利要求1所述的自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，其特征在于：所述流动管道还包括焊接在管道两端的管法兰(3)。
5.如权利要求1所述的自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，其特征在于：所述固定容器的下部分(14)和上部分(15)均设有容器法兰(16)，所述下部分(14)与上部分(15)通过容器法兰(16)相互固定。
6.如权利要求1所述的自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，其特征在于：所述静压平衡用管线(6)和上游管线(4)采用橡胶或PVC材料管子。
7.如权利要求1所述的自动获取最高减阻率的表面活性剂减阻管道，其特征在于：所述弹性膜片(17)为橡胶板。
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