Analytical criterion for the strength of bonded-dispersed gels during pipeline transportation

Abstract

Modern pipeline systems, both main and industrial, allow transporting a wide range of liquid and gaseous substances, including a variety of solid bulk materials, minerals, building materials and mixtures. However, the development of pipeline transport systems today is hindered by the lack of theoretical developments in the implementation of practical engineering projects for the creation of both main and industrial product pipelines for various purposes. Therefore, the further development of the theory of flows of various substances in pipelines and the creation of universal methods for engineering calculations of design parameters of pipeline systems based on this theory are priority tasks for the further development of product pipeline transport. The studies were carried out in accordance with the condition of stochastic transformation of the coagulation-thixotropic structure of the gel flow into sol. Such a stochastic transformation of the coagulation-thixotropic structure can be observed both when reaching the mode that determines the turbulent motion of a viscous colloidal solution, and somewhat earlier – at the stages of the laminar flow regime of the solution. Based on the formal phenomenological analysis, it has been determined that during the transition of the laminar mode of motion of the Newton fluid flow in a cylindrical tube to the turbulent mode, the transported structured gel flow is guaranteed to collapse into a colloidal sol. Based on the example of a typical design calculation of a technological (production) pipeline for the transportation of motor oils of the SAE-10 and SAE-40 grades, the optimal conditional internal diameters of the product pipeline were determined. The compliance of the design structural parameters of the pipelines with the corresponding physical and mechanical properties of the transported liquids was established. The proposed methods of engineering calculations of design parameters for technical objects of pipeline transport should expand and supplement the regulatory documentation for the preparation of projects for the construction of both main product pipelines and technological “interoperable” production pipelines.

Сучасні трубопровідні системи, як магістральні, так і промислові, дозволяють транспортувати широку номенклатуру не лише рідких і газоподібних речовин, але й різноманітні тверді сипкі матеріали, корисні копалини, будівельні матеріали та суміші тощо. Однак, розвиток трубопровідних транспортних систем в сучасних умовах стримується недостатністю теоретичних напрацювань за реалізації практичних інженерних проектів створення як магістральних, так і промислових продуктопроводів різного призначення. Отже, подальший розвиток теорії потоків різноманітних речовин у трубопроводах і створення на підставі цієї теорії універсальних методів інженерних розрахунків проектних параметрів трубопровідних систем є пріоритетними завданнями для подальшого розвитку продуктопровідного транспорту. Дослідження виконувались відповідно до умови стохастичного перетворення коагуляційно-тиксотропної структури гелевого потоку в золь. Таке стохастичне перетворення коагуляційно-тиксотропної структури може спостерігатись як за досягнення режиму, що визначає турбулентний рух в’язкого колоїдного розчину, так і дещо раніше – на стадіях ламінарного режиму течії розчину. На підставі формально-феноменологічного аналізу визначено, що під час переходу ламінарного режиму руху потоку рідини Ньютона у циліндричній трубі в турбулентний режим гарантовано відбувається руйнування транспортованого структурованого гелевого потоку в колоїдний золь. На підставі прикладу типового проектного розрахунку технологічного (виробничого) трубопроводу для транспортування моторних олив марок SAE-10 та SAE-40 визначено оптимальні умовні внутрішні діаметри труб продуктопроводу, встановлено відповідність проектних конструкційних параметрів трубопроводів відповідним фізико-механічним властивостям транспортуємих рідин. Пропоновані методи інженерних розрахунків проектних параметрів технічних об’єктів трубопровідного транспорту мають розширити та доповнити типову нормативну документацію підготовки проектів будівництва як магістральних продуктопроводів, так і технологічних «міжопераційних» виробничих трубопроводів.