输油管道减阻剂
浅析减阻剂在输油管道运行中的减阻节能与增输作用
2输油管道应用减阻剂后的减阻与
②减 阻剂在管道里要避免受油泵、管 件 、孔板 等 各种形 式的 剪切作 用 ; 使用减阻剂是为了增加管道的输 量,增输 ③对某些种类的减 阻剂而言,管径放 是 由于 减 阻的 作 用而 实 现 的 。 大效应很显著。在小 管径上得到的试验结 2 .2输油管道应 用的减阻剂 果, 不适用于较大管径的条件 , 甚至在管径 2 .2. 1 减 阻 剂 的 成 分 大 到 一 定程 度时 ,减 阻效 果 极 其 微弱 。 减 阻剂 的 成 分 为高 分 子 碳 氢化 合 物 聚 2 .3 使 用减 阻剂 的 经济 性 .3 合物 , 一 种非 牛 顿 流体 的 粘 稠物 , 于油 是 用 使用减 阻剂减阻或增输 ,是一种非工 品减 阻剂的为油溶性减阻剂 ,具 有极长的 程性的技术措施 ,不需要扩展原有管道工 链 结 构 , 柔软 有 弹性 , 为螺 旋 结 构 更为 程规模 , 链 若 不需增设泵站或建管道复线 , 也不 理 想 ;分 子量 一般 要 求 在 l 1 上 。 需要更换输 油设 备即可达到提 高管道输送 0 或 0以 2 .2 减 阻 剂的 物 性 及 使用 要 求 .2 能 力的 目的 ; 因此 , 用 减 阻剂 的 工程 投 资 应 减 阻性 能好 的减 阻剂 都具 备以 下特 相 对 较 小 ,采 用减 阻措 施 可 以 简捷 而 迅 速 点:应 是 长 链梳 状 聚 合物 ;具 有 高分 子 量 , 的 达 到 减 阻 或增 输 目的 ,这 是 其优 越 性 所 般 不应 低 千 5×1 理 想是 在 l 0, 0 以上 ; 在 在油 品中可溶性好 。 在输油管道上应用减阻剂应符合以下 3减阻剂在国内外输油管道中的应 要 求 : 人 量要 少 , 阻效 率要 高 , 合体 加 减 综 现为实用的经济性要好 ;减阻剂本身应具 用 实例 国外在输油管道上使用减阻剂的实例。 有抗 剪 切 能 力 ,储 运 和 使 用 过 程 中 无 明显 美国横贯阿拉斯加的原油管道 ,采用加减 降解; 对油品加工和油品质量无不利影响。 阻剂 方 案 , 原 设 计 的 l座 泵站 减 为 l座 , 将 2 0 2 .3 减 阻剂 的 应 用和 减 阻 增输 效 果 22 0m 增 口 4 .6× 3 2 .1输油管道适于应用减阻剂的 日输 油 量 由 2 .6×1 力至 8 1 .3 1 1。英 国北海油 田某管道,原设计方案 01 1 情 况 06 经过方案比选 , 采用高峰 减 阻剂 发 展 到 目前 阶 段 ,多 在 下 列情 管径为 16 mm, 使管径改为94 4 1 .mm, 大 况下 , 作为一种短期的、 权宜性的或特殊处 时加减阻剂方案 , 大降低了投资 。 国西南部一条 20 美 0mm 口 理 手 段而 采 用 : 径的成品油管道夏季汽油输量增大时 ,曾 ①季节性输油任务的波动 ; 有 1l m管道出现卡脖子问题 。采用减阻 k l ②暂 时性 的输 油 任 务的 高 峰 ; 迅速 、 经济地解决 了问题, 管道摩擦 ③根据市场需求时增加输量( 这种情况 剂后 , 阻 力下 降 4 % ,输 量 增大 2 % 。 0 8 在 国外 尤 为 多 见 在 国 内 , 先 是利 用美 国 C n c 公 司 首 o oo ④管道超过额定输油能力 ,暂时来不 D 0减 及扩 建 ,或 在 一定 的超 额 范 围内 不准 备扩 生 产的 C R12 阻 剂 在铁 大 线 、东黄 线 、 濮 临线 上 进 行 试 验 并 取得 了成 功 。 如 铁 大 建; 96 ⑤顺序输送多种油 品时 ,对某种油品 线继 18 年现场试验成功后 ,在沈阳、熊 岳和复县 3 个站段,间断投用减阻剂 7 天 , 9 减阻输送 , 以提高全管道系统的输油能力; 用药 9m 7 ,全 线 增 输 原 油 1 .6 7 6 7× 1 , 0 t ⑥在管道的 “ 卡脖子段”减阻或增输; ⑦在管道建设条件恶劣的沙漠、 沼泽 、 缓解 了铁大线外输 紧张局面 ,争取到较大 高寒等地 区, 为减少泵站而采用的减 或 的出口换汇 ,为国家 创造 了较高的经济效
减阻剂质量标准的详细描述
减阻剂质量标准的详细描述
减阻剂是一种能够降低流体在管道中流动阻力的添加剂,广泛应用于石油、天然气、水等流体输送领域。
以下是减阻剂质量标准的详细描述:
1. 外观:减阻剂应为均匀的液体,无悬浮物、沉淀物和杂质。
2. 密度:减阻剂的密度应在规定的范围内,以确保其在流体中的分散和混合均匀。
3. 黏度:减阻剂的黏度应在规定的范围内,以确保其在流体中的流动性和稳定性。
4. 减阻性能:减阻剂的减阻性能应符合规定的要求,通常以减阻率来表示。
减阻率是指添加减阻剂后,流体在管道中流动时的阻力降低程度。
5. 稳定性:减阻剂应具有良好的稳定性,在储存和使用过程中不应发生分层、沉淀、凝聚等现象。
6. 腐蚀性:减阻剂不应对管道和设备产生腐蚀作用,应符合相关的腐蚀试验标准。
7. 毒性:减阻剂不应对人体和环境产生危害,应符合相关的毒性
试验标准。
8. 兼容性:减阻剂应与流体和管道材料兼容,不应发生化学反应
或影响流体的性质。
9. 标识和包装:减阻剂应具有明确的标识,包括产品名称、生产
厂家、批号、生产日期、有效期等信息。
包装应密封、防潮、防泄漏。
以上是减阻剂质量标准的一般要求,具体的标准可能因应用领域和相关法规的不同而有所差异。
在选择和使用减阻剂时,应根据实际需求参考相应的产品标准和规范。
浅析减阻剂在输油管道运行中的减阻节能作用
浅析减阻剂在输油管道运行中的减阻节能作用在原油和成品油管道中添加减阻剂,是输油系统降低管道能力消耗,提升特定地段管道流通能力的重要措施之一。
文章介绍了减阻剂的减阻机理,并通过国外输油管道应用实例阐述了减阻剂在输油管道中减阻和增输的用途,分析了在输油管道上应用减阻剂的优势。
标签:减阻剂;输油管道;减阻;增输引言流体在管道中流动与管壁产生摩擦阻力,导致系统能量消耗,降低管道输送量。
通过在输送的流体中添加高分子聚合物,在紊流状态下减小流动阻力从而降低能量消耗的方法称之为高聚物减阻法。
用于降低流体流动阻力的高聚物化合物称为减阻剂(drag reducing agent),简称DRA。
减阻剂是油品管道输送系统中的重要组成,在提高管道输送能力和降低能量消耗方面发挥着重要作用。
1 减阻剂的减阻机理减阻剂通过改变管道中流体的流动状态,具体通过影响湍流场的宏观表现来实现减阻作用。
减阻作用只是单纯的物理作用,减阻剂不与油品物质发生化学反应,所以不影响油品的化学性质,只对其流动特性产生影响。
减阻剂进入流体中后,由于其具有粘弹性,分子链沿流体流向方向自然伸展,从而对流体分子的运动产生影响。
减阻剂分子受到流体分子径向作用力,发生扭曲变形的同时,因其分子间引力而对流体分子产生反作用力。
受到该反作用力的影响,流体分子作用力方向和大小发生改变,一部分径向作用力转变为顺流向的轴向作用力,无用功的消耗降低,宏观上起到减少摩阻损失的作用。
2 输油管道应用减阻剂后的减阻与增输2.1 减阻剂减阻与增输的含义在管道输油过程中加入减阻剂,产生的影响有两个方面:(1)降低能量损耗。
在原定输量一定的情况下,流体摩擦阻力降低,减少管道沿程压力损失,输送泵能耗降低,不仅节约了能量,还可以改换成扬程较低的泵输油。
(2)增加输送量。
在原定压力一定的情况下,流体摩擦阻力降低,从而使得管道输送量得以增加。
一般情况下,在管道中使用减阻剂的主要原因是为了增加管道的输送量。
临濮输油管道添加减阻剂的工业性实验的开题报告
临濮输油管道添加减阻剂的工业性实验的开题报告一、研究背景和意义输油管道是连接油田和炼油厂、化工厂等工业设施的重要设施,其运输效率和稳定性对于原油的生产和加工都具有重要的影响。
随着输油管道的使用时间逐渐增长,管道内部会逐渐沉积油脂、泥沙等杂质,导致水力阻力加大,从而影响输油效率。
因此,如何减少管道内部的阻力,提高输油效率,成为当前输油管道领域亟待解决的问题。
添加减阻剂是一种解决输油管道阻力增大问题的有效方法,该方法可以降低管道内沉积物的摩擦系数和黏滞度,从而减少水力阻力。
减阻剂广泛应用于石油、天然气输送等领域,并取得了显著的效果。
在目前的工业生产实践中,减阻剂已经成为不可或缺的一种添加剂。
本研究拟对临濮输油管道添加减阻剂的工业性实验进行研究,旨在通过实验验证减阻剂添加后对于管道内沉积物的影响及其对于管道阻力的减小情况,为进一步推广和应用减阻剂提供参考。
二、研究内容和方法本研究拟采用工业性实验方法,对临濮输油管道进行添加减阻剂的试验,具体研究内容和方法如下:1. 管道状况检测:首先对临濮输油管道进行全面检查,了解管道的运行状态和内部沉积物情况,确保实验数据的准确性和可靠性。
2. 减阻剂的选择:通过综合比较减阻剂的成分、性质等因素,选取适合临濮输油管道的减阻剂。
3. 添加剂的浓度确定:在选取减阻剂后,确定其在临濮输油管道中的适宜浓度,采用多种浓度的减阻剂进行实验比对,针对不同的浓度得出相应的减阻效果。
4. 实验方案设计:根据以上数据进行实验方案设计,包括具体实验的流程、地点、时间、试验设备和实验条件等。
5. 实验数据分析:在进行实验后,根据实验数据对比,分析减阻剂添加后对管道内部沉淀物的影响及其对管道内部阻力的减少情况,得出结论。
三、预期成果和意义本研究将通过工业性实验的方式,验证减阻剂添加对于临濮输油管道内部沉着物的影响以及对管道内部水力阻力的减小情况。
这将会为减阻剂的应用提供参考,为解决输油管道内部阻力增加和提高运输效率提供理论和实践基础。
减阻剂在输油管道中的应用
入管道流体中后,呈连续相分散在流体中,依靠本身特有的粘弹性,分子长链沿流体流动方向自然拉伸,从而对流体微元的运动产生影响。
减阻剂分子间的引力与流体微元产生的反作用力相互影响,减少了无用功的消耗,宏观上得到了减少摩擦阻力损失的效果[3]。
另一种解释是:在输油管道中,由于受摩擦阻力的影响,流体流动表现为紊流状态,造成管道输量降低或能耗增加。
在管道内注入减阻剂后,靠近管壁的层流底层和缓冲区面积增加,管道直径截面上流体的紊流区域面积减少,如图2所示,从而降低整个管线中流体的摩擦阻力[4]。
图2 流体在管道中的流动结构变化示意图2 减阻剂的减阻作用减阻剂注入油品后,能限制油品分子径向运动,使其沿减阻剂长链分子方向运动(即沿管道方向运动),有效减小油品的紊流程度。
根据流体力学原理,层流趋势越高,摩阻系数越小,减阻剂便是通过这种方式实现减阻、增输的目的。
管道流体流动阻力的降低,实际上是摩阻系数的降低,因此减阻率可以表示为式(1):100%RRλλλ−=× (1)式中:λ0为未加减阻剂工况下的摩擦系数;λR为注入减阻剂后管道内油品流动的摩阻系数。
根据式(1),通过计算注入减阻剂前后管道油品摩阻系数0 引言液体在管道中流动时有两种流动状态,一种是层流,另一种是紊流,通常采用雷诺数(Re)来确定流动状态。
流体在管道中流动时受管道沿程阻力和局部阻力的影响,导致系统能量消耗,降低管道输送能力和输送效率。
减阻剂是一种长链、高分子量聚合物,可降低摩擦压力损失,提高烃类产品在管道中的流量,是油品管道输送系统中的重要组成部分,可降低输油管道运行的总能耗费用,提高管道输送效率。
1 减阻剂的组成及减阻机理减阻剂是高分子碳氧化合物聚合物,呈粘稠状,属于非牛顿流体。
其中,油溶性减阻剂的分子结构呈线性长链,具有较强的柔弹性,常将油溶性减阻剂用于油品管道。
减阻剂按类型可分为水溶性和油溶性两大类。
水溶性减阻剂包括聚氧化乙烯、皂角籽、聚丙烯酰胺等,而油溶性减阻剂包括聚异丁烯、甲基丙烯酸酯、聚长链α-烯烃等。
《输油管道加减阻剂输送技术规范》(征求意见稿)
《输油管道添加减阻剂输送技术规范》(征求意见稿)编制说明一、任务来源及工作简要过程(一)任务来源本标准根据《国家能源局关于下达2014年第一批能源领域行业标准制(修)订计划的通知》(国能科技〔2014〕298号)要求,对《输油管道减阻剂减阻效果室内测试方法》(SY/T 6578-2009)进行修订,项目计划编号能源20140027。
由中国石油天然气股份有限公司管道分公司牵头,中油管道科技研究中心、中国石油化工股份有限公司管道储运分公司、中国石化销售有限公司华南分公司、中国石油西南管道分公司、中国石油西部管道分公司参与。
(二)工作过程按照石油天然气工业标准制定程序要求,标准起草过程中成立了编制小组。
2014年6月,完成了标准的征求意见稿及编制说明的起草工作。
简要起草过程如下:2014年1月,制定该标准的编制起止时间计划,组建编制小组,调研及收集基础资料。
2014年2-4月,确定标准水平,编制标准草案和编制说明。
2014年5月23日,油气储运专标委组织协调会,各位专家对本标准起草提出了具体的修改建议和意见。
2014年6月,征集编制小组成员意见,汇总形成标准的征求意见稿。
(三)主要参加单位和工作组成员二、编制原则输油管道作为连接资源与市场的桥梁和纽带,随着社会经济的迅猛发展逐步成为重要的能源输送动脉。
输油管道作为固定式能源储运设施,其输送能力限定在一定范围内。
而资源与市场经常存在计划不匹配和不同步问题,短期内资源配置或市场需求将超出管道输送能力,在不增加投资进行管道系统更新改造的前提下,采用添加减阻剂输送工艺能够突破输量瓶颈,提升管道系统输送能力的适应性。
输油管道添加减阻剂后能够起到降低运行压力、增加管道输量,提高输送效率、增加管输效益等作用,是实现低碳发展、绿色管道的新工艺。
为了规范输油管道添加减阻剂输送技术在管道系统的应用,石油工业油气储运专业标准化技术委员会2013年复审会同意修定该标准。
SY/T 6578-2009《输油管道减阻剂减阻效果室内测试方法》自发布实施以来,在指导输油管道减阻增输室内测试方面发挥了重要的作用。
长输管道的节能与减阻剂的应用
长输管道的节能与减阻剂的应用摘要:目前,油气输送主要以管道运输为主,在石油天然气工业中发挥着越来越重要的作用。
然而,油气在管道输送过程中会产生极大能耗,为了实现油田节能降耗,研究和推广油气田管道节能技术,成为油田节能降耗目标实现的必然趋势。
本文对输油气管道耗能研究领域,采用的节能技术,并对减阻剂方向进行了研究与分析。
关键词:油气长输管道;节能;减阻剂一油气管道输送分类1.a.原油输送技术我国管输原油多为高蜡、高粘、易凝原油,在输油方式上,经过多年的技术攻关、改造取得了一些成果:如易凝高粘原油添加降凝剂改性输送技术已达到国际先进水平、库鄯输油管道476km不加热常温输送达到了国际先进水平、东北管网经过不断的更新改造等等。
其管输和储存过程有其特殊的流变特性,采用新工艺改善原油低温流变性,降低输油温度,实现原油的常温输送,提高输油效率,降低输油成本,将是我国油气储运领域长期科技攻关的方向。
1.2 天然气输送技术目前,世界已经建成了许多国际、洲际和全国性的大型供气系统。
大型供气系统的建设促进了管道技术的发展,可以通过提高管道监控系统和计算机网络管理系统的自动化水平,严格控制进入管道的天然气质量,提高动力装置机组功率和机组监控技术,采用不同的储气方式满足调峰需求。
我国在大型天然气管道系统的运行管理和维护方面缺少经验、天然气干线管道分布零散、用于大城市调峰型供气的地下储气库极少、管道内涂层技术方面尚处于起步阶段,虽取得了一些成果,但在技术水平和应用范围上还需要进行深入的探索与研究。
1.3成品油输送技术我国成品油输送主要依靠铁路和水运,且形成了以铁路沿线为主要骨架的成品油运销系统,干线成品油管道仅有几条,基本是炼油厂到港口或油库的点对点输送方式。
在具有多个进油点、发油点、输送多品种、多牌号的商用成品油管道方面,目前尚属空白。
成品油管道,还有一些技术、经济、管理方面的问题需要解决。
1.节能技术研究2.1输送工艺节能技术原油降凝剂在馏分油降凝剂的基础上发展起来,通过加入很少量的降凝剂,可改善油品中石蜡的结晶状态从而降低原油的凝点、黏度下降 30% ~ 80%,进而有效改善原油的流动性。
减阻剂
(1)大幅度节省新建管线建设投资。新 管线设计中一个重要的依据就是管道的 年 输量,但对管道年输量影响因素有许 多是 不确定的。如对油田储量的估测不 可能做 到十分精确,市场条件要求管道 输量的变 化及油品种类的改变等等。这 一些不确定 的因素,可根据相对经济的 数据作为设计 依据,留下一部分设计余 量,用减阻剂来平 衡这部分余量。减小 管径、压缩泵站建设规 模可大大节省新 管线的建设投资。
2 输油管道应用减阻剂后的减阻与 增输
2 .1 减阻剂减阻与增输的含义 在管道输油过 程中加入减阻剂,可以 有两个方面的作用: (1)在原定输量不变的条件下,降低油 流摩阻, 减少管道沿程压头损失,从而降低了泵的动力消 耗,节约了能量,可以改换成 扬程较低的泵输油。 (2)在原定压力不变的条件下,由于油 流摩阻降 低,而输量增加;在多数情况下, 使用减阻剂 是为了增加管道的输量,增输 是由于减阻的作 用而实现的。
2.3 减阻剂的应用和减阻增输效果 2.3.1 输油管道适于应用减阻剂的 情况 减阻剂发展到目前阶段,多在下列情 况下, 作为一种短期的、权宜性的或特殊处 理手段 而采用: ①季节性输油任务的波动; ②暂时性的输油任务的高峰; ③根据市场需求时增加输量(这种情况 在国外 尤为多见); ④管道超过额定输油能力,暂时来不 及扩建, 或在一定的超额范围内不准备扩 建;
1 减阻剂的减阻机理
减阻作用是—种特殊的湍流现象,减 阻 效应是减阻影响湍流场的宏观表现。它 是 一个纯物理作用。减阻剂分子与油品的 分 子不发生作用,也不影响油品的化学性 质, 而只与其流动特性密切相关。减阻剂加入到 管道以后,靠本身的粘 弹性,分子长链顺 流向自然拉伸,其微元直 接影响流体微元 的运动。来自流体微元的 径向作用力作用 在减阻剂微元上,使其发 生扭曲,旋转变 形。减阻剂分子间引力抵抗 上述作用力反 作用于流体微元,改变了流体微元作用力的 大小和方向, 使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,宏 观上起到减少 摩阻损失的作用。
杨志远-中国石油化工标准与质量-减阻剂在输油管道运行中的减阻节能与增输作用研究
减阻剂在输油管道运行中的减阻节能与增输作用研究西南石油大学邮编:610500摘要:原油本身就是一个黏度较高的物质,其在输油管道中的流动状态被摩擦阻力严重受到限制,造成能量消耗增加、管道输量降低。
在这种情况下,采用少量的化学添加剂来有效降低管道系统的摩阻,对于加速原油开发利用、安全输送、节约投资、节约能源消耗、提高输送量具有极为重要的作用和意义。
本文首先阐述了减阻剂的减阻增输机理,其次,分析了影响减阻剂减阻增输效果的因素,同时,就减阻剂在国内外输油管道中的应用进行了深入的探讨,具有一定的参考价值。
关键词:减阻剂;输油管道;应用1.前言随着我国国民经济的快速发展,社会对于石油产品的需求越来越旺盛,从而也导致利用输油管道来输送原油的输量也得到了大幅度上升。
而原油本身就是一个黏度较高的物质,其在输油管道中的流动状态被摩擦阻力严重受到限制,造成能量消耗增加、管道输量降低。
在这种情况下,采用少量的化学添加剂来有效降低管道系统的摩阻,对于加速原油开发利用、安全输送、节约投资、节约能源消耗、提高输送量具有极为重要的作用和意义,而这种能够有效降低流体流动阻力的化学添加剂被称为减阻剂,本文就减阻剂在输油管道运行中的减阻节能与增输作用进行探讨。
2.减阻剂的减阻增输机理减阻作用是一个纯物理作用,也是—种特殊的湍流现象。
减阻剂分子一般只与流动特性息息相关,而对于油品的化学性质不会造成影响,也不会与油品分子发生作用。
输油管道运行中加入减阻剂,减阻剂利用本身的粘弹性来对流体微元运动造成影响。
在减阻剂微元上作用来自流体微元的径向作用力,使减阻剂微元发生扭曲变形。
减阻剂分子间引力抵抗上述作用力反作用于流体微元,改变了流体微元作用力的大小和方向,使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,宏观上起到减少摩阻损失的作用。
使用减阻剂在很大程度上是为了增输,这是由于在既定压力保持不变的前提下,输油管道的油品输量会随着油流摩阻降低而大幅度增加。
减阻剂的原理及应用
减阻剂的原理及应用1. 减阻剂的概述减阻剂(Flow improver)又称流动助剂、降阻剂,是一类可以降低管道内流体粘度、减小流动阻力的化学物质。
由于管道在输送石油、天然气等流体时会产生摩擦阻力,减阻剂的应用可以有效减少能量损失,提高输送效率。
本文将介绍减阻剂的原理及其应用领域。
2. 减阻剂的原理减阻剂的作用原理主要是通过改变流体的粘度、流变性质以及表面张力等关键参数来减小流体在管道中的阻力。
具体原理如下:•粘度调节:减阻剂能够改变流体的黏度,使其更易流动。
一般来说,减阻剂可以降低流体内分子之间的黏滞力,从而减少摩擦阻力,提高流体流动性。
•流变性质改变:减阻剂可以改变流体的流变性质,如提高流体的剪切稀释率、降低流体的黏滞变性,并减少黏滞失值,从而减小流体在管道中的涡流损失和能量损耗。
•表面张力调节:减阻剂能够降低流体的表面张力,增加流体在管道壁上的润湿性,从而减小流体与管壁之间的摩擦,达到减小管道阻力的效果。
3. 减阻剂的应用领域减阻剂在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个主要应用领域的介绍:3.1 石油工业减阻剂在石油工业中的应用非常广泛。
主要应用于石油、天然气输送管道,可以提高流体在管道中的流动性,减少管壁附着,降低摩擦阻力,从而提高输送效率。
减阻剂还可以防止沉降和凝结,延长管道使用寿命。
3.2 煤炭工业减阻剂在煤炭工业中主要应用于煤浆输送。
煤浆是煤与水的混合物,减阻剂可以改善煤浆的流动性,减小流体在管道中的阻力,降低能量消耗,提高煤浆输送效率。
3.3 化工工业减阻剂在化工工业中的应用也比较常见。
化工行业中常涉及到输送各种液体和气体,减阻剂可以提高流体在管道中的流动性,降低阻力,节省能源。
同时,减阻剂还可以减少管道堵塞和冲蚀的发生,减少设备维护和停机时间。
3.4 其他领域除了上述主要应用领域外,减阻剂还广泛应用于水处理、污水处理、食品工业、造纸工业等领域。
在这些领域中,减阻剂可以改善流体在管道中的流动特性,提高输送效率,减少能源消耗。
浅析减阻剂在输油管道运行中的减阻节能作用
浅析减阻剂在输油管道运行中的减阻节能作用
关 博 欣 何 明敏
( 中 国石 油 天 然 气股 份 有 限公 司管 道 郑 州输 油 气 分 公 司 , 河南 郑州 4 5 0 0 0 0 ) 摘 要 : 在 原 油和 成 品 油管 道 中添 加 减 阻剂 , 是 输 油 系统 降低 管 道 能 力 消耗 , 提 升 特 定地 段 管道 流 通 能 力 的重要 措 施 之 一 。文 章 介 绍 了减 阻 剂的 减 阻机 理 , 并 通过 国外 输 油 管道 应 用 实例 阐述 了减 阻 剂在 输 油 管道 中减 阻和增 输 的 用途 , 分析 了在 输 油 管道 上 应 用减 阻剂 的优 势 。 关键 词 : 减 阻剂 ; 输 油管 道 ; 减阻; 增 输 使用 减 阻剂 减 阻 或增 输 , 无 需 对原 输油 管道 进 行改建 扩 建 , 更 换 流体在 管 道 中流动与 管壁 产生摩 擦 阻力 ,导 致 系统 能量 消耗 , 降 输油设备 就可 以满足输 送要求 , 具 有操作 简便 , 效果 明显 , 成本低 廉 , 经 低 管道输 送量 。 通 过在输 送 的流体 中添加高分 子 聚合 物 , 在紊 流状态 下 济效益好 的优 点 。 减 小流动 阻力从 而降低 能量消 耗 的方 法称之 为高 聚物减 阻法 。用于 降 3减阻剂 在 国内外输油 管道 中的应用实 例 低 流体 流动 阻力 的高聚 物化合 物称 为减 阻剂 ( d r a g r e d u c i n g a g e n t ) , 简 国外 方面 , 美 国横 贯 阿拉 斯加 的原 油管 道 , 通过 使用 减 阻剂 , 实际 日 输 油量增 加 7 1 A %。 英 称D R A 。减阻剂 是油 品管道 输送 系统 中的重 要组成 , 在提 高管 道输送 建 设 的泵 站数量 比原设 计方案 减少六分 之一 , 能力 和 降低 能量 消耗方 面发挥着 重要作 用 。 国北 海油 田某 管 道 , 通 过 在输 油 高峰 时使 用减 阻剂 , 将 输油 管径 降低 1减 阻剂 的减阻机 理 1 4 . 2 2 %, 大 幅降低 了建设成 本 。美 国西南部 一条 2 0 0 m m 口径 的成 品油 l k m管道阻 减阻剂通过改变管道中流体的流动状态, 具体通过影响湍流场的 管道通过使用减阻剂,成功解决 了夏季汽油输量增大时 l 宏 观表现 来实现减 阻作用 。 减 阻作 用 只是单纯 的物理作 用 , 减 阻剂不 与 塞 问题 , 使用 减 阻剂 后 , 管道摩 擦阻力 下降 4 0 %, 输 量增大 2 8 %。 油 品物质 发生化学 反应 , 所 以不影 响油 品的化学 性质 , 只 对其流 动特性 国 内方面 , 某 美 国公 司生 产 的减 阻剂 先后 在铁 大线 、 东黄 线 、 濮 临 产生 影响 。 线上 进行 试验并取 得 了成 功 。另外 , 铁 大线 在现场试 验成功 的基础 上 , 减阻剂进入流体中后 , 由于其具有粘弹性 , 分子链沿流体流向方 在沈阳、 熊岳和复县 3 个站段使用减阻剂, 累计投放时长 7 9 天, 添加量 向自 然 伸展 , 从 而对流 体分子 的运动 产生影 响 。 减 阻剂分子 受到 流体分 9 7 m3 o 全线增 输原 油 1 7多万吨 , 极 大地缓解 了铁大线 外输压力 , 为支 持 子径 向作用力 , 发生扭 曲变形 的 同时 , 因其分子 问 引力 而对 流体分子 产 国家 经济建 设作 出了重大 贡献 。 生反作 用力 。 受到该反 作用力 的影 响 , 流体分 子作用 力方 向和大小 发生 4在输 油管道 上应用减 阻剂 的意义 改变 , 一部分径向作用力转变为顺流向的轴向作用力 , 无用功的消耗降 经 过 长年 的研 究 积累 , 减 阻剂技 术 基本 成 熟 , 目前 已经 大量 投放 到市 场。 现阶段 的减 阻剂 具有 以下将 : 使 用量少 , 减 阻效果好 ; 本身抗 低, 宏 观上起 到减少摩 阻损失 的作用 。 2输油 管道应 用减 阻剂后 的减阻与 增输 剪切 能力强 , 可有效 防止储运 和使用过 程 中发 生降解 ; 与油品接触 不发 生化 学反应 , 对 油品加 工和油 品质量无 负面影 响 ; 使用方 便 , 设备 简单 ; 2 . 1减阻剂 减阻与增 输 的含义 应用 范 围广 , 无 论是在 新设计 管线还是 已有 在 管道输 油过 程 中加入减 阻剂 , 产 生 的影 响有 两个方 面 : ( 1 ) 降低 国内已经实 现规模 化生产 ; 能量损耗。在原定输量一定的情况下 , 流体摩擦阻力降低 , 减少管道沿 管道 中使用减 阻剂 , 均 能发挥 良好 的减 阻增输 效果 , 产生 较好 的经 济效 程压 力损 失 , 输送 泵能 耗降低 , 不 仅节 约 了能量 , 还 可以改 换成 扬程 较 益和社 会效 益。 低 的泵输 油 。 ( 2 ) 增 加输送 量 。 在原定 压力一定 的情况 下 , 流体 摩擦 阻力 在输 油管道 上应用 减阻剂 主要有 以下几方 面的积极 意义 : ( 1 ) 大 幅 管 道的年输 量是设 计新管 线的一个 重要参 考依据 , 降低 , 从而 使得管 道输送 量得 以增加 。一 般 隋况 下 , 在管 道 中使 用减 阻 降低管 道建设投 资 。 但由于影响因素复杂多变, 年输量无法精确预计。 比如油田储量测算结 剂 的主要 原 因是为 了增 加管 道的输送 量 。 果的 准确程 度 、 市 场变化 导致管 道输 油量 和油 品种 类发 生改 变等 因素 2 . 2输油管道应用的减阻剂 都会造 成管道 年输量在 较大范 围 内发 生波动 。 针对这种情 况 , 可 以按 照 2 . 2 . 1减 阻剂的组 成 减 阻剂 的化 学组 成 是高 分 子碳 氧化 合 物 聚合 物 , 外 观 粘稠 , 属 非 相对经 济 的条件进 行 设计 , 然后 使用 减 阻剂来解 决 实际应 用 中超 出设 可 以有 效减小 管道设计 管径 、 调低 泵站 建设 牛顿流体 。其中, 应用于油品减阻增输用途的减阻剂为油溶性减阻剂, 计 范 围的情况 。这样一 来 , ( 2 ) 在维持 现有管道 设备 分 子结构 主要呈 线性 长链 结构 , 具有较 大柔 弹性 。 呈螺 旋结构 的分子 链 规模从 而实现 大幅 降低 管线建 设投资 的 目的。 条件 的情 况下 , 使 用减 阻剂提高输 送效率 。尤其是 在瓶颈 部位 , 使用 减 柔 弹性更 大 ; 分子 量一般 要求在 1 0 以上。 阻剂 的效果非 常明显 , 可以提高全 管道 的输送能力 , 达到 多输 快输 的要 2 . 2 . 2减 阻剂的粹 陛规格 和使用 要求 3 ) 使用减 阻剂可 以减少 长距离输 送对泵 站的需 求 , 不仅 可 以降低 减阻 剂为高分 子 聚合 物 , 分子 结构呈 长链状 。分 子量较 高 , 一般 要 求。 ( 输送能耗和操作成本 , 而且可以在不停输状态下对泵机组或泵站进行 大 于等 于 5 x 1 0 , 1 0 s 以上最好 ; 与油 品有 良好 的相溶 性 。 更新改造 , 使得维 修改造成 本也有 所下 降。 此外 , 使 用减 阻剂 应 用 于输 油 管道 中减 阻 剂要 具 有如 下特 点 : 减 阻效 率高 , 添 加量 检修 维护 、 减少工作人员。( 4 ) 使用减阻剂 小, 综 合成本 较低 。减阻 剂具 有 良好 的抗剪 切能 力和稳定 性 , 不 会再储 可以减少恶劣环境下的泵站建设数量, 从而提高管道运 运 和使用 过程 中发生 明显 降解 ; 对 油 品加 工和油 品质量 没有 负面作用 。 可以在不影响输送效率的前提下降低管道工作压力 , 营的安 全可靠 性 。我 国东 部输 油管 网 由于多年 运行 , 管道 内外 腐蚀 严 2 . 3减 阻剂 的应 用和减 阻增输 效果 重, 管道耐 压能力大 幅下 降 , 给运营安 全造成 了重大威 胁 。通 过使用 减 2 . 3 . 1 输 油管 道 中减 阻剂 的适用情 况 在 现 阶段 , 减 阻剂 主要 作 为一 种 临 时的 、 应 急性 的或 特殊 用 途 的 阻剂 , 输送 管道压力 大 幅减 低 , 为系统 运行安 全提供 了重要保 障。 减阻 剂作 为 高效 短期 应 急措施 在 油 品管 道运 输领 域获 得 广泛 应 处理 手段 而应用 于以下情 况 : ( 1 ) 输 油工作 的季 节性 波动 ; ( 2 ) 暂 时性 的 输 油高 峰期 ; ( 3 ) 因市 场需 求而 临 时增加 的输 送 量 ( 常 见于 国外 情况 ) ; 用 。对于有 长期增 输需要 的管道来 说 , 使用 减阻剂用 量太大 , 经 济成 本 ( 4 )因短时 间无法 实现 或不 计划 实施 的管 道 扩建 而导 致 的超 限输送 ; 很高, 同时由于增设减阻剂注入设备 , 使得系统更加复杂 , 日常管理和 ( 5 ) J f  ̄ l , 序 输送 多种 油 品时 , 为提 高全管 道输 送 效率 , 对某 种油 品实 施减 维 护成本增 加 。 所 以是否使 用减 阻剂要根 据具体 情况研究 决定 , 不 能盲 决 策 。从 长远角 度上看 , 在 输油管 道上应用 减阻剂 是大势所 趋 , 加 大 阻输 送 ; ( 6 ) 对管 道瓶颈 部位 予 以减 阻或 增输 处理 ; ( 7 ) 在 沙漠 、 沼泽 、 高 目 是 我 国管道 工业发 展的必 然选择 。 寒等地 区 , 由于地质 条件不适 合管道 施工 , 为 减少泵
黄齐输油管道添加减阻剂运行现场试验
压力 (MPa)
进站
出站
温度 ( ℃)
进站
出站
电压 (kV)
电流 (A)
0. 04
3. 28
23. 4
25. 7
6. 2
74
0. 04
2. 32
23. 0
26. 1
6. 3
73
0. 04
2. 02
23. 3
26. 2
6. 2
74
0. 04
3. 28
23. 2
25. 8
6. 2
76
0. 04
3. 28
根据减阻机理 ,减阻剂的加入减少了能量的耗
散 ,降低了管道运行的阻力 ,输送同样数量的油品不
再需要同样量的能量 ,也就不再需要输油泵提供同
样量的功率 。换言之 ,减阻剂的加入改变了输油泵
的工作特性曲线 ,采用原来的计算公式已不适宜 ,而
需要采用新的公式进行拟合 ,也更需要基础理论的
研究来指导实际输油生产 。
20 ℃密度 (g/ cm3 ) 0. 804 4 0. 824 3 0. 827 0 0. 856 5 0. 863 9 0. 889 4
50 ℃粘度 ( mm2 / s)
32. 11 2. 64 3. 97 6. 96 8. 88
38. 56
凝点 ( ℃) - 15 - 21 < - 37 < - 37 - 15 - 10
3 、 管道输量调整运行
对于在水力光滑区工作的管道 ,其沿程摩阻损
失公式为 :
h = 0 . 024 6 L Q1. 75 0. 25 / d4. 75
令 k1 = 0 . 024 6 L V0. 25 / d4. 75 , 则有 :
输油管道减阻剂及多项减阻增输核心技术取得突破性进展
余 应力 ,在 焊前需 进行 预热 ,预热 温度 、范 围 、方
法 以及层 间温 度 、焊后冷 却 速度等 同 主弦管 的焊接 要求。 桩腿 预装完 后需 要进 行尺 寸检测 .其 精度 要求
见 表 2 。
须在 施工 现场尽 快 对分段 进行 涂装 .以确保 焊接 部
位涂 装 的整体 质量 最后 的工作 是 对分段 重量 进行 检验 .并 严格按 照项 目的重 量控 制程 序进 行 .以保 证桩腿 的 总重量 在 设计 的重 量要 求之 内
焊 接方 面 的要 求 同主 弦管 的焊接 分 段 焊接 施工 结 束 后 .对 焊 缝进 行 1 0 0 %无 损 探 伤 .且探 伤应在 焊接 施 工后 7 2h进行 分 段 的涂 装 :在 焊 缝检 测 及 尺 寸检 验 结束 后 ,
按 照船级 社 的特别 要求 .焊工 必须 具有 船级 社 认可 的 6 R等 级 证 书 为 防止 产 生裂 纹 和 减 少 残 G
作 者 简介 :孙 培 东 ( 9 7 , 男 ,上 海 川 沙 人 , 高级 工 程 1 6 一) 师 .1 8 9 9年 毕 业 于 上 海 海 运 学 院机 械 系起 重 运 输 与 工 程 机
检 测完 后 ,对桩腿 单 片进行 称重 .并记 录 。准
备转入 桩腿 分段装 配 阶段
44 分 段 装 配 .
主 弦 管直 线 度 ( 4个Fra bibliotek齿 )/ 每 mm
齿基准线到齿基准线/ mm
O~3
O~ 1 . 5
±1 . 5
满足焊 接需要 ( 开 隐形焊 缝 ) 避 ,减少 焊接 工作 量 ,
在桩腿 分段组 立前 .在 专 门场地 .需要 对 主弦管 与 水 平支撑管及斜 向支撑管进行预装 。相关要求 如下 : 在 预装前 需要 支胎 并交 验 在 每个 桩腿单 片 预
管道减阻剂在原油管道运输中的应用
管道减阻剂在原油管道运输中的应用关键词:减阻剂延长石油减阻增输原油在进行管道运输时,管道中的原油由于摩擦阻力的存在而限制了其在管道中的流动,造成了管道运输效率的降低,增加了能量消耗。
减阻剂的注入可以在不改变管道运行方式的条件下,有效的降低管道中流体的摩擦阻力,提高管道的输送能力。
管道减阻剂是一种可以降低流体流动摩阻,增加输送量的高分子添加剂,对输送管道的增输、节能、提高经济效益有非常重要的作用。
一、管道减阻剂减阻机理原油在管道运输过程中,随着管道摩阻的增加,原油的层流部分将会逐渐减少,紊流部分将会增加。
处于紊流状态的原油中有很多漩涡,而这些旋涡是逐级变小的,旋涡的尺度越小,能量的粘滞损耗越大,旋涡的能量最终将被流体的粘滞力损耗掉,变成热能,因此处于紊流状态的原油需要消耗大量的管输能量[1]。
管道的中心区是紊流核心区,管内大部分流体处于这一区,只有靠近管壁的很少部分的液体运动为层流,这两者之间有一过渡区。
减阻剂就是通过改变管壁附近(过渡区)油分子的运动状态,使其向同一方向运动,以扩大已有的层流区,减少能量消耗,降低摩阻损失,以达到减阻增输的目的[2]。
同时,处于紊流状态下的原油中各级旋涡将能量传递给减阻剂分子,使其发生弹性变形,将能量储存起来,之后,减阻剂分子又将获得的能量还给油分子,以维持原油正常运输所必需的能量,达到减阻的目的[3]。
值得注意的是只有当原油处于紊流状态时,减阻剂才起减阻作用。
二、原油管道应用阻剂后的减阻增输效果减阻剂的减阻与增输即为:减阻:在原定输量不变的情况下,降低原油流动摩阻,减少管道沿程压力损失,从而减低泵的动力消耗,节约了能量,可以改换成扬程较低的泵输油。
增输:在原定压力不变的条件下,由于原油流动摩阻降低,而输量增加;在多数情况下,使用减阻剂是为了增加管道的输量,增输是由于减阻的作用而实现的。
使用减阻剂减阻或增输,不需要扩展原有管道工程规模,不需增设泵站或建管道复线,也不需要更换输油设备即可达到提高管道输送能力的目的。
管输油品减阻剂性能评价的研究
第24卷第5期 油 气 储 运管输油品减阻剂性能评价的研究邵禹铭3 管 民 李惠萍(新疆大学化学化工学院)邵禹铭 管 民等:管输油品减阻剂性能评价的研究,油气储运,2005,24(5)27~30。
摘 要 随着石油工业的迅猛发展,高分子减阻剂在输油管道中的应用日益广泛,对减阻剂性能的综合评价已成为了一个重要课题。
介绍了按照行业标准自制的室内模拟环道装置,针对不同型号减阻剂的性能进行综合测试,提出了其综合性能评价应从减阻率和抗剪切性能等多方面进行考察的观点。
主题词 输油管道 减阻剂 减阻率 抗剪切性 研究 流体的粘性流动会产生阻力,尤其是在高速湍动状态下,由阻力引起的能量损失是很大的〔1〕,因此研究探索采用管输减阻技术节能降耗和增大输送量具有十分重要的实际意义。
研究发现,高分子减阻剂在高速湍流过程中受到剪切应力的剪切后会发生机械降解,降低或失去其减阻效应。
因而,高分子减阻剂的抗剪切性在一定程度上标志着减阻剂性能的优劣。
为此,着重对自制的减阻剂、美国的L P系列减阻剂等样品进行减阻特性研究,考察该减阻剂样品在不同剪切速率、雷诺数、流速下的减阻效果。
一、实验装置及实验方法 1、 试验装置及试验程序减阻剂室内模拟环道评价装置,见图1。
吸油量超过20%,对于低粘度的原油吸油速率快, 5min内已基本达到饱和吸油量。
随着油品粘度的升高,熔喷聚丙烯非织造布的吸油速率相应下降。
油品的密度和粘度越大,熔喷聚丙烯非织造布的饱和吸油率越高。
将吸水量小、吸油的选择性强的熔喷聚丙烯非织造布,用于低凝、高粘度、高密度原油的吸油回收,效果更佳。
参 考 文 献1, 吴 雯:海上溢油的处置,黄渤海海洋,1997(3)57~62。
2, 李言涛:海上溢油的处理与回收,海洋湖沼通报,1996(1)。
3, 吴 兵 李发生等:P HBCV泡沫吸油材料的制备及吸油性能研究,交通环保,2002(1)17~20。
4, 陈国华:水体油污染治理,化学工业出版社(北京),2002。
顺序输送原油管道中减阻剂效果的评价方法
顺序输送原油管道中减阻剂效果的评价方法
顺序输送原油管道中减阻剂是一种常用的提高输送效率的手段,可明显降低管道内阻力,提高原油输送效率,减少能耗,缩短输送时间。
但如何评价顺序输送原油管道中减阻剂的效果呢?
评价顺序输送原油管道中减阻剂的效果,可以从以下几个方面入手:
一、计算管道的输送能力指标,包括流量、输送速度、压力、流动阻力等,比较使用减阻剂前后的数据差异,以此来评估减阻剂的效果。
通过计算管道中原油的平均流速、流量等数据,可以得到减阻剂对管道输送能力的影响情况。
二、通过实验验证减阻剂的效果,可以选择适当的管道实验,加入一定量的减阻剂,对比使用与不使用减阻剂的效果差异。
实验过程中可以测量管道中的压力、流量、速度等参数数据,以此来评估减阻剂的效果。
三、统计使用减阻剂前后的原油损耗情况,比较使用减阻剂前后的原油损失量,以此来评估减阻剂的降耗效果。
通过统计不同阶段的损耗情况,可以得到减阻剂对降低原油损耗的效果。
四、考察减阻剂对管道维护的影响,评估减阻剂的环保性和对管道系统的安全性的影响。
实验或统计使用减阻剂前后管道维护费用和使用年限等数据情况,评估减阻剂的安全性和环保性。
综上所述,评价顺序输送原油管道中减阻剂的效果需要综合考虑多个因素,从管道输送能力指标、实验验证、降耗效果、管道维护等方面入手,综合分析数据结果,据此来评估减阻剂的效果和可行性。
减阻剂知识
成品油管道输量常常受运行工况和设备条件的限制而无法满足生产和市场的需求,因此可以在管道流体中注入少量减阻剂,在紊流状态下降低流动阻力,以达到提高管道输量的目的。
无论对于原油还是成品油,有效的减阻剂成分都是高级α-烯烃的超高分子量聚合物已是国际范围内公认的事实。
然而,成品油减阻剂与原油减阻剂的本质区别在于不允许其中含有任何会对成品油质量造成不良影响的化学成分。
高分子聚合物减阻机理:在流体中加入极少量的高分子聚合物,利用聚合物分子与流体紊流的相互作用,显著降低紊流的摩阻这种减阻现象的机理仍在讨论中,犹如挑水放树叶缓解水的摇晃作用。
较多倾向于012的弹性底层说,其主要理论认为在高分子稀溶液中的紊流流动中,在管壁附近的层流边界层和紊流核心之间有一个弹性底层,使紊流核心的区域减小。
高分子减阻剂具有减小流体流动阻力作用的高分子,在流体输送中加入此类高分子,能减少展转阻力,降低能耗。
有水相和油相之分。
油相减阻剂具有重要的实际意义,已应用的油相减阻剂有聚乙烯、氢化聚异戊二烯、无规聚丙烯等。
一般用2-20,即可使流速增加,摩擦损失减少27%-50%,其缺点是价格昂贵、易降解。
缓蚀剂作用机理:目前尚未统一认识,有几种主要理论:
吸附理论:认为缓蚀剂吸附在金属表面形成连续的吸附层,将腐蚀介质与金属隔离而起到保护作用。
成相膜理论:认为金属表面生成一层不溶水的络合物,是缓蚀剂和腐蚀介质的离子相互作用的产物。
电化理论:金属的腐蚀是在电解质溶液中发生的阳极过程和阴极过程,缓蚀剂可以阻滞任何一个过程的进行或同时阻止两个过程进行。
浅析HG减阻剂在输油管线的应用效果
浅析HG减阻剂在输油管线的应用效果摘要:文章介绍了减阻剂的减阻机理,指出在一定范围内随着加剂量的增加,减阻剂的减阻增输效果增加。
分析了甬沪宁管线添加HG减阻剂增输试验的情况,并结合管输原油油品变化较频繁的实际情况,灵活调整加剂量,得到了较好的增输效果。
关键词:减阻剂;减阻机理;加剂效果;增输;加剂量1减阻剂介绍1.1减阻剂的使用特点HG减阻剂是徐州金桥石化管道输送技术有限公司(隶属于中石化管道储运公司)生产的一种液态化学添加剂,它的基本特点是添加量小、减阻效果明显、在管输原油和成品油中有良好的溶解性、对下游用户无不良影响、使用时注入方便、不需要特殊的设备、产品本身无毒副作用等。
HG减阻剂的聚合单体为C5至C18的α-烯烃,具有超高分子量,粘均平均分子量在200万以上。
HG减阻剂外观为白色的液体,具有可泵性,可溶解于有机溶剂中。
减阻剂为纯粹的碳氢化合物,对于炼油没有影响。
1.2减阻剂的减阻机理减阻作用是一种特殊的湍流现象,减阻效应是减阻影响湍流场的宏观表现。
它是一个纯物理作用。
减阻剂分子与油品的分子不发生作用,也不影响油品的化学性质,而只与其流动特性密切相关。
减阻剂加入到管道以后,靠本身的粘弹性,分子长链顺流向自然拉伸,其微元直接影响流体微元的运动。
来自流体微元的径向作用力作用在减阻剂微元上,使其发生扭曲,旋转变形。
减阻剂分子间引力抵抗上述作用力反作用于流体微元,改变了流体微元作用力的大小和方向,使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,宏观上起到减少摩阻损失的作用。
在层流中,流体受到粘滞力作用,没有湍流那种涡流耗散,因此加入减阻剂没有效果。
随着雷诺数增大进入湍流,减阻剂就开始发挥减阻作用。
雷诺数越大,减阻效果越明显。
当雷诺数增大到一定程度,即流体剪切应力足以破坏减阻剂分子链结构时,减阻剂将降解而失去减阻效果。
1.3减阻剂的功能减阻剂的主要功能是:在输量不变的情况下,可以大幅降低管线的沿程摩阻损失,减少管线的阻力,具有减阻功能;在管线运行压力不变的情况下,可以提高管线的输量,具有增输功能;合理使用减阻剂,可以既实现减阻,又实现增输。
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输油管道减阻剂减阻剂是一种能减少流体在输送时所受阻力的试剂。
多为水溶性或油溶性的高分子聚合物。
简介例如水溶性的聚环氧乙烷,只用25毫克/千克就能使水在管道中所受阻力下降75%,出水速率增加好几倍,用于灭火或其他紧急用水的场合;油溶性的聚异丁烯用量为60毫克/千克时,即可使原油在管道中的输送能力大大提高,起到增输节能的作用。
用于降低流体流动阻力的化学剂称为减阻剂(drag reducing agent),简称DRA。
减阻剂广泛应用于原油和成品油管道输送,它是在特定地段提高管道流通能力和降低能耗的重要手段。
流体的摩擦阻力限制了流体在管道中的流动,造成管道输量降低和能量消耗增加,而高聚物减阻法是在流体中注入少量的高分子聚合物,使之在紊流状态下降低流动的阻力。
发展历史20世纪60年代末,美国Conoco公司研制成CDR-101型减阻剂,1972年取得专利,1977~1979年间首次商业化应用于横贯阿À­斯加的原­油管道的越站输送及提高输量方面,并取得巨大成功。
1981年又研制成功CDR-102型减阻剂,比CDR-101型的性能成数倍地提高。
20世纪80年代初,开展了成品油管道的减阻试验,用于汽油、煤油、柴油和NGL、LPG的减阻,到1984年正式在成品油管道上应用。
70年代中期,美国Shellco公司和加拿大Shell Inc公司提出申请减阻剂专利。
1983年,美国Atlantic Richfield co公司研制出Arcoflo减阻剂产品,加入5ppm即可达到20%的减阻效果。
减阻聚合物的生产条件很难控制,国际上只有极少数公司垄断了这项技术,其代表是美国的Conoco公司和Baker Hughes公司,他们的产品基本上代表了目前世界上减阻剂生产工艺的最高水平和发展方向。
1982年,我国浙½­大学开始国产减阻剂的开发和试验工作,1985年进行了EDR 型减阻剂的试生产,并在国内原­油管道上进行了中型试验,产品性能已达到国外70年代初期水平。
1984年,成都科技大学也发表了PDR型减阻剂的研制成果,以上两校的试验,都曾采用过柴油和煤油等成品油。
近年来,中国石油管道公司管道科技研究中心开展了减阻剂的研究工作,并取得了成功,其EP系列减阻剂产品的性能已经­达到国际同类产品的水平。
减阻机理油相减阻剂从其结构看,多数是流状链或长直链少侧链的高分子聚合物,如CDR102是高分子聚-σ烯烃,分子量为10~10。
这种高分子聚合物纯剂为橡胶状固体,作为商品,一般是溶在烃类(煤油)的溶液中。
10%的减阻剂溶液呈非常粘稠的粘弹性体,较难流动,可拔成很长的丝。
高聚物减阻剂能溶于原­油或油品中,但不溶于水,遇水发生分子长链卷曲。
减阻剂溶液呈强牛顿特性,低剪切率下粘度高达3000Pa·S,120℃以下不会分解,比较稳定。
减阻作用是一种特殊的湍流现象,减阻效应是减阻影响湍流场的宏观表现,它是一个纯物理作用。
减阻剂分子与油品的分子不发生作用,也不影响油品的化学性质,只是与其流动特性密切相关。
在湍流中,流体质点的运动速度随机变化着,形成大大小小的旋涡,大尺度旋涡从流体中吸收能量发生变形、破碎,向小尺度旋涡转化。
小尺度旋涡又称耗散性旋涡,在粘滞力作用下被减弱、平息。
它所携带的部分能量转化为热能而耗散。
在近管壁边层内,由于管壁剪切应力和粘滞力的作用,这种转化更为严重。
在减阻剂加入到管道以后,减阻剂呈连续相分散在流体中,靠本身特有的粘弹性,分子长链顺流向自然伸呈流状,其微元直接影响流体微元的运动。
来自流体微元的径向作用力作用在减阻剂微元上,使其发生扭曲,旋转变形。
减阻剂分子间的引力抵抗上述作用力反作用于流体微元,改变流体微元的作用方向和大小,使一部分径向力被转化为顺流向的轴向力,从而减少了无用功的消耗,宏观上得到了减少摩擦阻力损失的效果。
在层流中,流体受粘滞力作用,没有像湍流那样的旋涡耗散,因此,加入减阻剂也是徒劳的。
随着雷诺数增大进入湍流,减阻剂就显露出减阻作用。
雷诺数越大减阻效果越明显。
当雷诺数相当大,流体剪切应力足以破坏减阻剂分子链结构时,减阻剂降解,减阻效果反而下降,甚至完全失去减阻作用。
减阻剂的添加浓度影响它在管道内形成弹性底层的厚度,浓度越大,弹性底层越厚,减阻效果越好。
理论上,当弹性底层达到管轴心时,减阻达到极限,即最大减阻。
减阻效果还与油品粘度、管道直径、含水、清管等因素有关。
生产工艺减阻剂生产的技术关键主要包括两个方面,一是超高分子量、非结晶性、烃类溶剂可溶的减阻聚合物的合成;二是减阻聚合物的后处理。
聚合物的合成大量文献资料表明,目前最有效的减阻聚合物是聚α-烯烃。
早期聚α-烯烃的生产采用溶液聚合的方法进行,并将聚合产物直接用于输油管道,由于溶液聚合产物本身粘度大,聚合物含量低,因此给运输和使用带来极大的困难。
直到20世纪90年代中期,才发展了本体聚合的方法,从而大大提高了单体转化率和减阻剂性能。
实施本体聚合需要解决的关键技术是及时带走聚合过程中产生的大量反应热,方法之一是使用一种由高分子材料制成的反应容器,并将其设计成能将反应热迅速释放出来的形状。
实施聚合时,先用氮气吹扫反应容器,然后按比例加入单体和催化剂,密封后放入低温介质中,使其在低温下反应3~6天的时间。
一般情况下,本体聚合产物纯度高,分子量也比溶液聚合产物高得多。
另外,采取溶液聚合α-烯烃减阻聚合物也有了新突破,通过在α-烯烃聚合过程中加入粘度降低剂,可以改进成品的总体流动性能和处理特性,同时可以获得更高的聚合物分子量和更均匀的分子量分布,改进聚α-烯烃类减阻剂的溶解性。
聚合物的后处理实际应用表明,直接将溶液聚合产物作为减阻剂使用,会给输油生产带来诸多不便,因而该方法现已被淘汰,为了改善减阻剂的使用性能,通常将聚合物和分散剂一起在低于其玻璃化温度的环境中磨成粉末,并加入适当的添加剂以制成不同外观形态的减阻剂产品。
目前,在原油管道上广泛使用的是水基乳胶状减阻剂,它是利用稳定剂、表面活性剂等添加剂,将聚合物粉末悬浮在水或水与醇的混合物中。
这种产品具有聚合物浓度高、注入方便、在原油中溶解性好等优点,但也存在储存时间短、稳定性较差等缺点。
在成品油管道中主要使用低粘度胶状减阻剂,它是将聚合物粉末溶解在成品油或成品油和某些溶剂的混合物中。
这种产品具有粘度低、注入方便等优点,但存在聚合物浓度低、运输工作量大等缺陷。
为了克服上述两种产品的缺陷,最近研制开发了一种非水基悬浮减阻剂,它是借助悬浮剂将聚合物粉末悬浮在醇类流体中。
这种减阻剂的生产无需使用表面活性剂、杀菌剂和复杂的稳定剂体系,简化了生产过程,具有防冻性好、聚合物浓度高、稳定性好、能防止水等杂质进入输油管道等优点,并可同时用于原油和成品油的输送。
本体聚合产物可以直接置于低温环境中磨碎,溶液聚合产物则需要先将聚合物从溶剂中沉淀出来,然后粉碎。
美国Conoco公司和Baker Hughes公司分别采用了将聚合物从溶液中沉淀出来的方法,用能够沉淀聚合物而与烃类溶剂不互溶的醇类作为沉淀剂,并通过特殊的装置使沉淀出来的聚合物形成小颗粒。
值得一提的是,Baker Hughes公司通过控制向溶液聚合产物中加入沉淀剂的速度,以及适当的搅拌将沉淀出来的聚合物颗粒直径控制在0.25cm以下,这种粒度的聚合物可直接与悬浮剂、液体醇一起制成非水基悬浮减阻剂。
这种方法省去了聚合物的低温粉碎工序,简化了生产过程。
综上所述,通过不同的后处理工序,可以获得不同外观形态和不同性能的减阻剂产品新动向将高浓度减阻聚合物微粒封装在由某些惰性物质组成的外壳内,便制成了微囊减阻剂(microencapsulated drag reducing agent),又称MDRA。
微囊减阻剂的研制成功是减阻剂发展的一个新动向。
生产微囊减阻剂的方法有很多种,主要包括静态挤压法、离心挤压法、振动喷嘴法、旋转盘法、界面聚合、多元凝聚、悬浮聚合等。
使用这种装置生产微囊减阻剂,是将聚合反应单体、催化剂和外壳材料分别从中心孔和外环套中加入,并以一定的速度从装置下端挤出,形成微囊减阻剂颗粒。
挤出速度非常重要,当挤出速度慢时,形成的微囊颗粒外观规整、尺寸均匀;相反,如果挤出速度较快,将会使微囊颗粒发生粘连,造成微囊颗粒形状异常、大小不一。
在生产过程中保持一定频率的振动,将有利于控制微囊颗粒的粒度。
由于单体是在封闭的小微囊内进行本体聚合反应,对于单个微囊,反应规模极小,因此,反应条件可以得到很好地控制,特别是反应热能够被及时散发掉。
如果单体是σ-烯烃,通常使用齐格勒-纳塔体系催化剂,并在微囊形成之前加入。
由于齐格勒-纳塔体系催化剂遇到氧气会迅速失效,因此反应体系内不能有氧气存在。
某些单体可以使用紫外线引发聚合,但紫外线必须能够穿透微囊外壳。
微囊外壳是微囊减阻剂的重要组成部分,外壳材料与微囊内芯的反应物不能相互反应或混溶。
如果微囊内芯是σ-烯烃聚合反应体系,为避免催化剂失效,微囊外壳中就不能有氧气存在,但少量的羟基和羧基对聚合反应影响不大。
比较合适的外壳材料有聚丁烯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇、蜡、硬脂酸等。
若微囊外壳本身是聚合物,其聚合反应可以在生产微囊减阻剂的过程中进行,但是不能制约形成微囊系统的其它技术需求。
另外要求微囊外壳在运输和储存过程中性能稳定,其破碎或溶解残渣对原­油或石油产品的物化性质以及油品加工过程没有影响。
微囊外壳可以通过溶解在注入介质或管输流体中、机械破碎、融化、光化学破碎、生物降解、化合等方法去除。
由于微囊减阻剂以固体颗粒的形式储存和运输,因此节省了运输溶剂、浆料或其它载体的费用。
注入输油管道时,如果需要使用溶剂或其它载体(即注入介质),则可以在当地低价采购,现场配液,而不再需要复杂的后处理工序。
应用实例先看看国外在输油管道上使用减阻剂的实例。
美国横贯阿À­斯加的原­油管道,采用加减阻剂方案,将原­设计的12座泵站减为10座,日输油量由22.26×10m 增加到38.16×10m。
英国北海油田某管道,原­设计方案管径为1066mm,经­过方案比选,采用高峰时加减阻剂方案,使管径改为914.4mm,大大降低了投资。
美国西南部一条200mm口径的成品油管道夏季汽油输量增大时,曾有111km管道出现卡脖子问题。
采用减阻剂后,迅速、经­济地解决了问题。
管道摩擦阻力下降40%,输量增大28%。
美国中西部一条长93km口径为200mm的输油管道,在顺序输送中,要求柴油与汽油同步输送,需使柴油流量增大20%。