减阻剂在油气管道上的应用

减阻剂在油气管道上的应用
摘要：油气在输送过程中与管壁之间的摩擦阻力是油气管道压降的主要原因，减阻剂能够降低摩擦阻力，减小压降。

本文总结了天然气、原油与成品油管道减阻剂的作用机理以及使用特点，减阻剂对在新管道设计以及运行管道管理的影响。

天然气管道与油品管道减阻剂在作用机理以及使用要求上有各自的特点。

关键词：减阻剂，天然气，油品，管道
1.引言
天然气、成品油、原油在管道输送过程中与管壁之间存在摩擦阻力，该阻力为管道压降的主要原因。

降低管道压降，对改善管道的设计与操作、提高企业效益有重要的积极作用。

对新建管道，可以在管道铺设前内涂层[1,2]的方式降低管壁粗糙度，降低流体流动时的摩擦阻力。

对于已建成的管道，重新涂敷内涂层难度很高，采用减阻剂为常用且有效的方法。

天然气管道与油品管道中使用的减阻剂均能对紊流下的流动起到减阻作用，但作用机理与使用方法各有特点。

2.天然气管道减阻剂
天然气管道中的流动一般为紊流，靠近管壁处气体分子会产生径向运动，造成能量的额外损耗。

天然气减阻剂能够减弱气体的径向脉动，从而降低摩擦阻力。

天然气减阻剂分子一端为极性端，另一端为
非极性端，极性端牢固地粘结在管道金属内表面，同时非极性端与管道内的气体接触，形成一层光滑的膜和特殊的气-固界面，该界面减少了气体的径向脉动,降低了摩擦阻力[3,4]。

在现场应用中，减阻剂不仅要具有减阻效果，同时还应对管道安全且对气体物性无影响，减阻剂应当具备四个特点：
1.减阻剂与管壁之间需要有较强的吸附力，减阻剂分子能够牢固的吸附在管壁上，能在管壁上形成稳定的膜，同时减阻剂膜能够在管壁上稳定较长的时间；
2.减阻剂能够吸收气体的湍能，降低气体运动的能量损耗；
3.减阻剂自身应当无腐蚀性，同时不影响天然气的品质；
4.减阻剂应当可以溶于某些溶剂，以便配制溶液，能够注入到天然气管道中。

由于天然气减阻剂必须粘附在管壁上且成膜才能发挥降凝作用，而受管道结构的限制，减阻剂只能在站场从管道的一端加入。

因此管道中采用的加入工艺需能够保证两个站场之间整个管道中均形成稳定、连续的膜。

目前天然气管道中减阻剂的加入方法注有雾化注入、泡沫注入以及清管器涂敷三种方式。

1.雾化注入
该方法是在管道的入口安装雾化装置，减阻剂雾化后加入到管道
中。

减阻剂以微小液滴的形式悬浮在天然气中，与管壁接触后吸附在管壁上成膜。

由于在输送过程中液滴会从气体中沉降，天然气中减阻剂浓度在管道沿线不断降低，在管道末端天然气中可能已经不含减阻剂。

这种方法难以保证整个管段中均能形成有效的膜，因此适用于长度较短的管道。

2.泡沫注入
该方法是将减阻剂溶液制成泡沫，注入到管道中形成泡沫塞。

泡沫塞在天然气的推动下运动，减阻剂从泡沫中析出后吸附在管壁上形成减阻剂膜。

减阻剂可以覆盖的范围与泡沫的稳定性有关，泡沫在管道中可持续的时间越长，减阻剂覆盖的范围越大。

3.清管器涂敷
在管道中使用两个清管器形成密封舱，在密封舱内加入减阻剂溶液，减阻剂随清管器运动并不断被涂敷到管壁上。

后部的清管器一般使用直板清管器，前面的清管器多用带有旁通孔的专业涂敷清管器，减阻剂通过旁通孔均匀的涂敷在管壁上。

使用这种方法，可以控制减阻剂膜厚度，并可以对整个管道进行有效的涂敷。

减阻剂用量可以根据管壁上液膜的厚度以及清管器处的意外泄漏量计算。

3.油品管道减阻剂
油品管道分为原油管道以及成品油管道，虽然两种管道所用的减
阻剂种类与分子结构不同，但是作用机理与注入方式以及受到的影响因素类似，且均与天然气管道中使用的减阻剂具有很大的差异。

在紊流状态下，紊流缓冲区的液体分子不仅沿管道轴向运动，还沿径向向紊流核心区运动，造成较大的摩擦损失。

减阻剂是一种大分子聚合物，加入到管道中以后，减阻剂分子在液体的剪切力作用下拉伸。

液体分子的径向作用力作用在减阻剂分子上，使减阻剂分子发生扭曲、旋转变形，在减阻剂分子反作用力的作用下，液体分子的一部分径向力转变为顺流向的轴向力，从而减少无用功的消耗，实现了减阻作用[5]。

减阻剂起作用是因为其长链的分子结构会改变管道中液体分子的运动状况，在管道中分子结构主要受剪切的影响。

减阻剂使用注入泵加入到油品中，加注过程中，减阻剂分子蜷曲，分子长链不受注入泵剪切的影响，但在加入到油品中以后，在油品剪切力的作用下，分子长链拉伸，在剧烈剪切的作用下，长链很容易被剪断从而失去减阻作用。

管道中剪切主要来自流体与管壁之间的剪切力以及经过泵、阀门处的剪切。

在实际管道中的应用经验表明长距离直管段[6]的管流剪切影响可以忽略，但是泵以及过滤器处存在强烈的剪切，可能使减阻剂完全失去作用，并会小范围增加流动的阻力。

因此在加注位置最好选择在管道的出站位置，避免受任何站内设备的影响。

对于长输管道，在经过中间场站内的泵、阀门、过滤器后减阻剂的长链结构可能被严重破坏[7]，在中间场站的管道出口处需要重新注入减阻剂。

4.减阻剂在新管道与运行管道上的作用
通过使用减阻剂降低管道的运行压力，可以改进新管道的设计方案、改善运行管道的运行状况。

1.新管道减少投资，增大站间距。

使用减阻剂后，管道的摩阻压降降低，在管道出口压力不变的情况下，管道沿线压力降低，可以使用壁厚更小的管道；同时可以适当的增加站间距，减小管道沿线的泵（天然气为压缩机站）站数，从而减少了泵站设备以及工作人员的支出。

2.在运行管道降压、水力越站、增输。

对在运行管道，可以降低管道沿线的运行压力，从而增大老旧以及有腐蚀管道的安全系数；在发生中间场站停运以及以外工况时，可以实现水力越站；在维持原运行压力不变的情况下，可实现管道增输[8,9]。

5.小结
减阻剂可以有效降低油气管道中的压降，对天然气管道，需要保证减阻剂在管道沿线形成连续、完成的膜，对油品管道，要避免减阻剂受到剧烈剪切。

通过降低管道的压力损失，可以优化新管道的设计以及在运行管道的操作。

参考文献
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[2]钱成文，刘广文，王武等天然气管道的内涂层减阻技术[J].油气储运，2001,20(3)：1-6.
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[4]叶天旭，王铭浩，李芳.天然气管输减阻剂的研究现状[J].应用化工，2010,39(1)：104-106,126.
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