高黏流体的旋转液环管道输送方法及其装置 所属技术领域
本发明涉及流体管道输送技术，尤其涉及一种高黏流体的旋转液环管道输送方法及其装置。
背景技术
石油，包括资源潜力巨大的稠油，是现代最重要的能源。石油工业的发展直接关系到各国工业化进程，而原油的输送则是石油工业的重要部分。由于管道输送与其它输送方法(如火车、汽车、油船等运送)相比在技术经济上有着明显的优越性而得到迅速发展。
原油具有黏稠性，尤其我国的原油多属石蜡原油，具有高含蜡、高含胶、高倾点、高黏度的特点，这些特点使原油在管道输送时要消耗很大的动力，有时甚至在常温下无法进行管输。因此通常采取的方法是加热输送法，该法也是现阶段我国对高黏原油地主要输送方法。为了保持油温在析蜡点以上，长距离管道输送时需逐站加热，消耗大量能源，同时油温升高会增大原油中轻质馏分的蒸发损耗，并对环境造成污染。据估计，我国每年在原油管输方面所耗燃料油可达管道输油量的0.5％左右，相当于全年有76万吨原油被用于加热输油管线。不难推测，全世界每年消耗在原油管输方面的燃料油将非常惊人。
液环输送是用低黏度的液体(如水)沿管内壁周围形成液环而将高黏度原油限制在管道的中心部位流动而进行输送的一种技术。由于与管壁直接接触的是低黏度液体，因而在常温下，与高黏原油输送时相比流动过程中阻力大为降低。而处在管中心的原油，不管黏度有多高，甚至呈凝固状态，都可在较低流动阻力下进行管道输送。显然，运用液环输送技术运输原油的一大优点就是大大节省动力费用，而更大的优点在于节省了大量的燃料油。于是，在原油输送方面，可在常温低流动阻力下进行输送的液环输送技术受到人们的高度重视而被大量的研究。然而，在液环输送过程中，由于存在Rayleigh-Taylor(瑞利-泰勒)和Kelvin-Helmholtz(开尔文-亥姆赫兹)不稳定性，即核心处的油密度小于液环中水的密度而出现偏心流动以及在流动过程中两相流体界面处液膜破碎而引起两相流体的混合，并最终导致液环的破坏，使得该项技术难以直接应用于工业实际。因此，如何使液环在运动过程中保持稳定就成了液环输送技术的关键问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种高黏流体的旋转液环管道输送方法及其装置，使密度较大的液环始终处在管内壁四周，密度较小的油相由于在离心力场中所受的离心力较小而处在管道中部进行输送。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一、高黏流体的旋转液环管道输送方法
采用使液环在向前运动的同时产生旋转运动，通过旋转运动产生离心力场使密度较大的液环始终处在管内壁四周，通过旋转运动使液环保持稳定，相反地密度较小的油相由于在离心力场中所受的离心力较小而处在管道中部，从而对高黏流体进行旋转液环管道输送。
二、高黏流体的旋转液环管道输送装置，成环液体储罐经第一泵接入内装有相位差为180°二根螺旋板的旋转液环合成器，高黏流体储罐经第二泵接入装在旋转液环合成器中心的通高黏流体内管，旋转液环合成器的出口端接内装有螺旋板的出口管道。
通高黏流体内管的内径与出口管道的内径之比0.5∶1～0.9∶1，优选0.6∶1～0.8∶1；通高黏流体内管的内径与旋转液环合成器的内径之比0.4∶1～0.7∶1，优选0.5∶1～0.6∶1。
出口管道的螺旋板螺距与出口管道的内径之比2∶1～1∶2，优选1∶1；出口管道的螺旋板厚度与出口管道的内径之比0.05∶1～0.3∶1，优选0.1∶1～0.2∶1。
旋转液环合成器的螺旋板螺距与旋转液环合成器的内径b之比2∶1～1∶2，优选1∶1；旋转液环合成器的的螺旋板厚度与旋转液环合成器的内径之比0.05∶1～0.3∶1，优选0.1∶1～0.2∶1。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：它采用使液环在向前运动的同时产生旋转运动，通过旋转运动产生离心力场使密度较大的液环始终处在管内壁四周，相反地密度较小的油相由于在离心力场中所受的离心力较小而处在管道中部，对高黏流体进行管道输送。大大节省动力费用，省了大量的燃料油。在流动过程中两相流体界面处液膜不会破碎而引起两相流体的混合。
【附图说明】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的旋转液环合成器结构示意图；
图3是本发明的出口管道结构示意图。
【具体实施方式】
采用使液环在向前运动的同时产生旋转运动，通过旋转运动产生离心力场使密度较大的液环始终处在管内壁四周，通过旋转运动使液环保持稳定，相反地密度较小的油相由于在离心力场中所受的离心力较小而处在管道中部，从而对高黏流体进行旋转液环管道输送。
如图1、图2、图3所示，本发明包括成环液体储罐1经第一泵3接入内装有相位差为180°二根螺旋板5.1的旋转液环合成器5，高黏流体储罐2经第二泵4接入装在旋转液环合成器5中心的通高黏流体内管5.2，旋转液环合成器5的出口端接内装有螺旋板6.1的出口管道6。
通高黏流体内管5.2的内径a与出口管道6的内径d之比为0.5∶1～0.9∶1，优选0.6∶1～0.8∶1；通高黏流体内管5.2的内径a与旋转液环合成器5的内径b之比为0.4∶1～0.7∶1，优选0.5∶1～0.6∶1。
出口管道6的螺旋板6.1螺距c与出口管道6的内径d之比为2∶1～1∶2，优选1∶1；出口管道6的螺旋板6.1厚度与出口管道6的内径之比为0.05∶1～0.3∶1，优选0.1∶1～0.2∶1。
旋转液环合成器5的螺旋板5.1螺距e与旋转液环合成器5的内径b之比为2∶1～1∶2，优选1∶1；旋转液环合成器5的的螺旋板5.1厚度与旋转液环合成器5的内径b之比为0.05∶1～0.3∶1，优选0.1∶1～0.2∶1。
高黏流体与成环液体体积流量之比为10∶1～1∶10，优选8∶2～6∶4。
实施例1：
用水为成环液体，在常温下输送高黏原油，水与原油的体积流量之比为3∶7。出口管道结构参数：螺距与管径之比为1∶1；螺旋板宽与管径之比为0.1∶1。旋转液环合成器结构参数：通高黏流体内管的内径与出口管道的内径之比为0.75∶1；通高黏流体内管的内径与旋转液环合成器的内径之比为0.5∶1。输送时除不需加热原油而节省燃料外，还减少输送动力81％以上。
实施例2：
用水为成环液体，在常温下输送高黏原油，水与原油的体积流量之比为2：8。螺旋导流装置结构参数：螺距与管径之比为1∶1；螺旋板宽与管径之比为0.07∶1。旋转液环合成器结构参数：通高黏流体内管的内径与出口管道的内径之比为0.8∶1；通高黏流体内管的内径与旋转液环合成器的内径之比为0.6∶1。输送时除不需加热原油而节省燃料外，还减少输送动力76％以上。