антитурбулентная присадка - реагент для снижения гидравлического сопротивления, – это любые материалы, снижающие обусловленные трением потери напора при протекании жидкости в канале или трубопроводе. Кроме того, использование АТП позволяет повысить расход жидкости при затрате того же количества энергии или снизить падение давления при том же расходе жидкости в трубопроводах. Современные АТП, в настоящее время потребляются трубопроводной отраслью, состоят из длинноцепочных углеводородных полимеров, служащих буферным слоем между жидкостью и стенкой трубы и снижающих потери энергии на образование вихрей
Принцип снижения трения
Обусловленная трением потеря напора, или гидравлическое торможение, возникает вследствие сопротивления, которое поток жидкости встречает при контакте с твердой поверхностью, например, со стенкой трубы. Как правило, образуются потоки двух видов: ламинарный и турбулентный. Наблюдаемые в ламинарном потоке потери давления на трение нельзя изменить, не изменив физические свойства жидкости. Поскольку существующие АТП не меняют свойства жидкости, они эффективны только в условиях турбулентного потока. В большинстве нефтепроводов наблюдается турбулентный режим потока, и поэтому современные АТП очень хорошо действуют в таких нефтепроводах.
В турбулентном потоке молекулы жидкости перемещаются хаотично, что приводит к напрасной потере значительной части энергии в вихревых потоках и иное беспорядочное движение. Работа АТП заключается во взаимодействии молекул полимера с турбулентным потоком жидкости.
Для понимания принципа действия антитурбулентных присадок, снижающих степень турбулентности потока, необходимо сначала описать структуру турбулентного потока в трубопроводе. Внизу отображен типичный турбулентный поток в трубопроводе, состоящий из трех частей. В самом центре потока находится турбулентное ядро. Оно занимает наибольшее пространство и охватывает большую часть жидкости в трубе. В его зоне возникают вихревые потоки и хаотическое движение молекул. Непосредственно у стенки трубопровода течет ламинарный промежуточный слой. Здесь поперечное движение жидкости происходит полосами. Между ламинарным слоем и турбулентным ядром находится буферная зона.
Новейшие исследования в этой области указывают на исключительную важность буферной зоны, поскольку именно там зарождается турбулентность. Время от времени часть ламинарного подслоя, называемая прожилкой, попадает в буферную зону. Попав в эту зону, прожилка начинает скручиваться и колебаться, а ее движение ускоряется по мере приближения к турбулентному ядру. В конце концов, прожилка становится неустойчивой и распадается, выбрасывая жидкость в ядро потока. Такое выталкивание жидкости в турбулентное ядро называется турбулентным прорывом. Такое движение прорыва и рост числа и мощности прорывов в турбулентном ядре приводят к непроизводительной потере энергии.
Полимерные соединения антитурбулентных присадок мешают процессу прорыва и снижают турбулентность в ядре потока. Полимеры поглощают энергию прорыва, действуя подобно амортизатору и таким образом ослабляя последующие турбулентные прорывы. Поэтому полимеры антитурбулентных присадок обладают максимальной активностью именно в буферной зоне.