RU2568084C1

RU2568084C1 - High viscous fluids transportation and drain method

Info

Publication number: RU2568084C1
Application number: RU2014100403/12A
Authority: RU
Inventors: Ирек Альбертович Макулов; Юрий Александрович Никитин; Александр Юрьевич Никитин; Рустам Ирекович Макулов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газ-Проект Инжиниринг" ООО "Газ-Проект Инжиниринг"
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2015-11-10

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: method includes low-temperature heating and vibration of near-wall thin layer of the product by impact on metal wall of the vessel or pipeline by pulse currents passing through the inductor attached to the vessel or pipeline wall from the pulse generator installed inside the vessel or pipeline.

EFFECT: improved efficiency of pipeline pumping or draining of high viscous fluids with simultaneous reduction of energy costs.

Description

Изобретение относится к транспорту и разгрузке нефтепродуктов в холодном и вязком состоянии и может быть использовано для повышения эффективности трубопроводного транспорта высоковязких нефтепродуктов и иных текучих сред и для ускоренного опорожнения транспортных емкостей и емкостей хранения нефтепродуктов.The invention relates to the transport and unloading of petroleum products in a cold and viscous state and can be used to improve the efficiency of pipeline transport of high-viscosity petroleum products and other fluids and for accelerated emptying of transport and storage tanks for petroleum products.

Известен способ транспортировки и слива вязких нефтепродуктов, заключающийся в среднечастотном (от 500-10000 Гц) индукционном нагреве металлических стенок трубопроводов, резервуаров и цистерн. При наведении индуцированного (вихревого) тока внутри металла электромагнитная энергия превращается в тепловую. Выделение тепла способствует повышению температуры пристеночного слоя нефтепродукта и, следовательно, снижению его вязкости и повышению текучести [Макулов И.А., Мамаев Н.М., Конесев С.Г. Применение систем среднечастотного индукционного нагрева при транспортировке нефтепродукта// Научно-технический журнал ″Нефтегазовое дело″. Том 6 (2008). №2].A known method of transportation and discharge of viscous petroleum products, which consists in the medium-frequency (from 500-10000 Hz) induction heating of the metal walls of pipelines, tanks and tanks. When induced (eddy) current is induced inside a metal, electromagnetic energy turns into thermal energy. The heat generation contributes to an increase in the temperature of the wall layer of the oil product and, consequently, to a decrease in its viscosity and increase in fluidity [Makulov IA, Mamaev NM, Konesev SG The use of medium-frequency induction heating systems for the transportation of petroleum products // Scientific and technical journal ″ Oil and Gas Business ″. Volume 6 (2008). No. 2].

Недостатком этого способа является недостаточная эффективность при транспорте и разгрузке продуктов в холодном и вязком состоянии.The disadvantage of this method is the lack of efficiency in the transport and unloading of products in a cold and viscous state.

Наиболее близким к заявляемому объекту является способ транспортировки и слива высоковязких текучих сред, включающий индукционный низкотемпературный нагрев и одновременную вибрацию пристеночного тонкого слоя продукта. Нагрев и вибрационное воздействие осуществляют импульсными токами, протекающими в индукторе, установленном снаружи емкости, и создающими импульсное магнитное поле высокой напряженности, обеспечивающее дополнительно магнитострикционный эффект в корпусе емкости, выполненном из ферромагнитного материала [Патент RU №2458853, кл. B67D 7/04, опубл. 2012 г.].Closest to the claimed object is a method of transporting and draining highly viscous fluids, including induction low-temperature heating and simultaneous vibration of the wall thin layer of the product. Heating and vibrational effects are carried out by pulsed currents flowing in an inductor mounted outside the tank and creating a pulsed magnetic field of high tension, which provides an additional magnetostrictive effect in the tank housing made of ferromagnetic material [Patent RU No. 2458853, cl. B67D 7/04, publ. 2012].

Недостатком данного способа является расположение индуктора и импульсного генератора, создающего токи в индукторе, с наружной стороны емкости или трубопровода, что увеличивает опасность перегрева самого индуктора от нагреваемой стенки емкости, приводит к необходимости дополнительного применения теплоизоляции индуктора и охлаждения индуктора, приводит к необходимости охлаждения генератора, создающего импульсные токи в индукторе, что в целом снижает КПД системы «индуктор-генератор», а значит, снижает эффективность перекачки и слива высоковязких текучих сред и увеличивает энергетические затраты при перекачке и сливе продукта.The disadvantage of this method is the location of the inductor and the pulse generator that creates currents in the inductor on the outside of the tank or pipe, which increases the risk of overheating of the inductor itself from the heated wall of the tank, leads to the need for additional use of thermal insulation of the inductor and cooling of the inductor, leading to the need to cool the generator, creating pulsed currents in the inductor, which generally reduces the efficiency of the "inductor-generator" system, which means it reduces the efficiency of pumping and draining ysokovyazkih fluids and increases the energy consumption during pumping and draining the product.

Кроме того, существенным недостатком способа является экранирующий эффект металлической стенки емкости (или трубопровода), что не позволяет создавать электромагнитные поля непосредственно в продукте для улучшения его текучести, и также приводит к повышению энергетических затрат при транспортировке и сливе высоковязкого продукта.In addition, a significant drawback of the method is the screening effect of the metal wall of the container (or pipeline), which does not allow creating electromagnetic fields directly in the product to improve its fluidity, and also leads to an increase in energy costs during transportation and discharge of a highly viscous product.

Изобретение направлено на повышение эффективности трубопроводной перекачки и слива высоковязких текучих сред с одновременным снижением энергетических затрат.The invention is aimed at increasing the efficiency of pipeline pumping and draining of highly viscous fluids while reducing energy costs.

Поставленная задача достигается тем, что в способе транспортировки и слива высоковязких текучих сред, включающем низкотемпературный нагрев и вибрацию пристеночного тонкого слоя продукта путем воздействия на металлическую стенку емкости или трубопровода импульсными токами, протекающими по приложенному к стенке емкости или трубопровода индуктору от импульсного генератора, согласно изобретению индуктор и генератор устанавливают внутри емкости или трубопровода и воздействуют непосредственно на продукт электромагнитными, виброакустическими и тепловыми полями, излучаемыми индуктором и генератором.The problem is achieved in that in a method for transporting and discharging highly viscous fluids, including low-temperature heating and vibration of a wall thin layer of a product by exposing the metal wall of the tank or pipeline to pulsed currents flowing through the inductor from the pulse generator applied to the wall of the tank or pipe, according to the invention the inductor and generator are installed inside the tank or pipeline and act directly on the product with electromagnetic, vibroacoustic cal and thermal fields emitted by the inductor and the generator.

Повышение эффективности трубопроводной перекачки и слива высоковязких текучих сред при использовании предлагаемого способа объясняется следующим.Improving the efficiency of pipeline pumping and discharge of highly viscous fluids when using the proposed method is explained as follows.

Процесс индукционного нагрева корпуса емкости или трубопровода токами Фуко, создаваемыми импульсным электромагнитным полем индуктора, расположенного внутри емкости или трубопровода, сопровождается возникновением сил электромеханического взаимодействия между вихревыми токами, наведенными в стенках корпуса емкости или трубопровода при пересечении их силовыми магнитными линиями импульсного магнитного поля, и самим магнитным потоком. При этом электрическая энергия непосредственно преобразуется в механическую, и импульс давления магнитного поля действует непосредственно на корпус без участия какой-либо передающей среды. Это способствует как нагреву, так и повышению текучести за счет возникающих акустических полей в емкости или трубопроводе. Дополнительно к указанному эффекту создаются условия для воздействия электромагнитного поля на непосредственно сам продукт, что снижает его вязкость, так как при воздействии электромагнитного поля разрушаются высокомолекулярные соединения (парафиновые образования и эмульсии).The process of induction heating of the container body or pipeline by the Foucault currents generated by the pulsed electromagnetic field of the inductor located inside the container or pipe is accompanied by the emergence of electromechanical forces between the eddy currents induced in the walls of the container or pipe when they are crossed by the magnetic lines of the pulsed magnetic field, and by magnetic flux. In this case, electrical energy is directly converted into mechanical energy, and the pressure pulse of the magnetic field acts directly on the housing without the participation of any transmission medium. This contributes to both heating and increasing fluidity due to the arising acoustic fields in the tank or pipe. In addition to the indicated effect, conditions are created for the effect of an electromagnetic field on the product itself, which reduces its viscosity, since when exposed to an electromagnetic field, high molecular weight compounds (paraffin formations and emulsions) are destroyed.

Кроме того, при нагреве и вибрационном воздействии импульсными токами, протекающими в индукторе от импульсного генератора, которые установлены внутри емкости или трубопровода, создаются дополнительные потоки циркуляции и перемещения продукта вдоль стенки емкости или трубопровода, что препятствует перегреву индуктора и генератора в процессе их функционирования.In addition, during heating and vibration exposure by pulsed currents flowing in the inductor from the pulse generator, which are installed inside the tank or pipeline, additional flows of circulation and movement of the product along the wall of the tank or pipe are created, which prevents overheating of the inductor and generator during their operation.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Индуктор и генератор устанавливают внутри емкости или трубопровода, воздействуя непосредственно на продукт электромагнитными, виброакустическими и тепловыми полями, излучаемыми индуктором и генератором, в процессе их функционирования. При этом создаются дополнительные потоки циркуляции и перемещения продукта вдоль стенки емкости или трубопровода, что обеспечивает эффективное охлаждение самого индуктора и генератора как основными, так и вновь созданными потоками движущегося продукта.The inductor and generator are installed inside the tank or pipeline, acting directly on the product with electromagnetic, vibroacoustic and thermal fields emitted by the inductor and generator during their operation. This creates additional flows of circulation and movement of the product along the wall of the tank or pipe, which provides effective cooling of the inductor and generator as the main and newly created flows of the moving product.

Нагрев металлической стенки емкости или трубопровода индукционными токами и вибрация пристеночного тонкого слоя продукта путем воздействия токов, протекающих от импульсного генератора по индуктору, приложенному к стенке емкости или трубопровода, происходит следующим образом.The heating of the metal wall of the tank or pipeline by induction currents and the vibration of the near-wall thin layer of the product by the action of currents flowing from the pulse generator through the inductor applied to the wall of the tank or pipe occurs as follows.

1. Токи Фуко, наводимые в ферромагнитной металлической стенке трубопровода или емкости от индуктора, приложенного к этой стенке, нагревают металл, вследствие превращения энергии электромагнитного поля индуктора в Джоулево тепло, что обеспечивает значительное снижение вязкости транспортируемого продукта.1. Foucault currents induced in the ferromagnetic metal wall of the pipeline or tank from the inductor attached to this wall heat the metal due to the conversion of the electromagnetic field energy of the inductor into Joule heat, which provides a significant reduction in the viscosity of the transported product.

2. Ферромагнитные материалы, помещенные в магнитное поле, изменяют свои размеры (магнитострикционный эффект). Если по медному проводнику, из которого выполнен индуктор, наложенный на металлическую поверхность из ферромагнитного материала, из которого выполнен трубопровод или емкость, пропустить изменяющийся ток, то под воздействием изменяющегося магнитного поля, создаваемого вокруг медного проводника, ферромагнитный материал будет деформироваться. Кроме того, электромагнитное взаимодействие медного проводника с током и металлической поверхности из ферромагнитного материала приводит к возникновению притягивающей или отталкивающей электромагнитной силы максимальной при максимальной амплитуде тока и равной нулю при достижении током нулевого значения, и, соответственно, создаются механические колебания металлической поверхности стальной емкости или трубы на частоте пропускаемого по проводникам импульсов тока от генератора. Механическая энергия в свою очередь создает акустические волны, распространяющиеся в средах с разной скоростью распространения звуковой волны. Возникающие упругие колебания распространяются по всей длине трубопровода или емкости в перпендикулярном к ней направлении, причем с различными скоростями: в стали со скоростью звука ~5000 м/с, а в жидкости - со скоростью 1000-1500 м/с.2. Ferromagnetic materials placed in a magnetic field change their sizes (magnetostrictive effect). If a varying current is passed through the copper conductor from which the inductor is laid, superimposed on a metal surface of ferromagnetic material, from which the pipeline or container is made, then under the influence of the changing magnetic field created around the copper conductor, the ferromagnetic material will be deformed. In addition, the electromagnetic interaction of a copper conductor with a current and a metal surface made of ferromagnetic material leads to the attraction or repulsive electromagnetic force maximum at the maximum current amplitude and equal to zero when the current reaches zero, and, accordingly, mechanical vibrations of the metal surface of the steel tank or pipe are created at a frequency of current pulses transmitted from conductors from a generator. Mechanical energy, in turn, creates acoustic waves propagating in media with different speeds of propagation of a sound wave. The resulting elastic vibrations propagate along the entire length of the pipeline or vessel in the direction perpendicular to it, and with different speeds: in steel with a speed of sound ~ 5000 m / s, and in a liquid with a speed of 1000-1500 m / s.

Эффект магнитострикции и электромагнитного взаимодействия приводит к сильному механическому воздействию на транспортируемый продукт, способствуя более энергичному движению продукта в трубопроводе и сливу продукта из емкости.The effect of magnetostriction and electromagnetic interaction leads to a strong mechanical effect on the transported product, contributing to a more vigorous movement of the product in the pipeline and the discharge of the product from the container.

При использовании заявляемого способа создается эффект перераспределения механических вибраций, тепла и акустического воздействия, который обусловлен разной физической природой распределения электромагнитных и механических волн.When using the proposed method, the effect of redistribution of mechanical vibrations, heat and acoustic effects is created, which is due to the different physical nature of the distribution of electromagnetic and mechanical waves.

Таким образом, при размещении индуктора и генератора внутри емкости или трубопровода и воздействии непосредственно на продукт электромагнитными, виброакустическими и тепловыми полями, снижается вязкость продукта (улучшается его текучесть) и создаются дополнительные потоки циркуляции и перемещения продукта вдоль стенки емкости или трубопровода, обеспечивающие охлаждение индуктора и генератора. Это позволит повысить эффективность трубопроводной перекачки и слива высоковязких текучих сред с одновременным снижением энергетических затрат.Thus, when an inductor and a generator are placed inside a container or a pipeline and exposed directly to the product by electromagnetic, vibro-acoustic and thermal fields, the viscosity of the product decreases (its fluidity improves) and additional flows of circulation and movement of the product along the wall of the container or pipeline are created, which ensure cooling of the inductor and generator. This will improve the efficiency of pipeline pumping and discharge of highly viscous fluids while reducing energy costs.

Кроме того, установка индуктора и генератора внутри емкости или трубопровода препятствует перегреву индуктора и генератора в процессе их функционирования, так как поток транспортируемого продукта всегда омывает как индуктор, так и генератор, что значительно снижает энергетические затраты и удешевляет индукционную систему в целом.In addition, the installation of the inductor and generator inside the tank or pipeline prevents overheating of the inductor and generator during their operation, since the flow of the transported product always washes both the inductor and the generator, which significantly reduces energy costs and reduces the cost of the induction system as a whole.

Claims

A method of transporting and draining highly viscous fluids, including low-temperature heating and vibration of a wall thin layer of a product by acting on the metal wall of the tank or pipe with induction currents flowing through the inductor applied to the wall of the tank or pipe from the pulse generator, characterized in that the inductor and generator are installed inside containers or pipelines and directly affect the product with electromagnetic, vibroacoustic and thermal fields emitted and inductor and generator.