成品油管道应用减阻剂研究
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
HG减阻剂在输油管道中的应用
２ 应 用试 验
１ Ｈ 减 阻剂 的 特点 、 Ｇ 作用 及 加剂 装 置
１１ Ｈ ． Ｇ减 阻剂
Ｈ Ｇ减 阻 剂 是 几 种 Ｏ一烯 烃 的聚 合 物 ，聚 合 ． ｒ 单体为 Ｃ ５至 Ｃ ８的 Ｏ一烯 烃 ，外 观 为 白色 的 液 １ ． ｒ 体， 可溶解 于有 机溶 剂 中。 ＨＧ减 阻剂 是 纯 净 的碳 氢 化合 物 ，对 于炼 油 工 艺无 任何 影 响 ， 的基本 特 点 是添 加 量小 、 阻 它 减 效 果 明显 、在管 输原 油 和 成 品油 中有 良好 的溶 解 性 、 下 游 用 户 无 不 良影 响 、 用 时 注 入方 便 、 对 使 不 需要 特 殊 的设 备 、 品本 身 无毒 副 作用 等 。 产
据 减 阻 率 和 增 输 率 经 验 公 式 推 算 出理 论 增 输 率 ， 具 体试 验 情 况 见 表 １ ；第 二 阶段 是在 管 输 压 力 保 持不 变 或 基本 不 变 的情 况 下 ， 向管 内注 入 减 阻 剂 ， 观察 试 验 管段 输 量 在试 验 前后 的 变 化 值 ，计 算 出 实 际 增输 率 ，并依 据 增输 率 和 经 验公 式 推 算 出理 论减阻率 ， 具体 情 况 见表 ２ 。
出 站
下 降 ， 保证 管 线 承压 的情 况 下 ， 减 阻剂 提 高 输 在 加
况。 现场应用结果表 明， 添加 ＨＧ减 阻剂不仅具有 它 是 一 个纯 物 理 作用 。减 阻剂 分 子 与 油 品 的分 子 较好 的减 阻效 果 和增 输 能 力 ，提 高 了输 送 的 经济 不 发 生 作用 ， 不 影 响油 品 的化 学 性 质 ， 只 与 其 也 而 效益 ， 同时保证 了输 油 生产 安 全平 稳 运行 。 流 动 特性 有 关 。 关键 词 减 阻剂 输 油 管道 安 全运 行 在层 流 中 ， 体受 到 粘滞 力 的 作 用 ， 有 湍 流 流 没
环氧涂层对成品油输送管道减阻作用的实验研究
关键词 ： 氧涂层 环
减阻
成品油
低 表 面 能
ｌ 前 言
涂 层减 阻作 为一 种 减 阻技 术 从 ２ ０世 纪 ４ ０年
能填料 的方 法 制 备 不 同表 面性 质 的 涂 层 ， 循 在
环 管 道 试 验 装 置 上 评 价 环 氧 清 漆 、 氧 色 漆 对 油 环 品的减 阻效果 ， 探讨 涂 层对 油品 的减 阻规律 。 并
一
涂层 能够减 小管 内壁 粗 糙度 ， 降低 管 壁 表 面 能 ， 改
变 流 体 对 管 壁 的 润 湿 程 度 ， 流 体 在 管 内 壁 的 表 使
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６ 计算； ４ 湍流时， 一／Ｒ ， ， ’ Ｐ导） 可按Ｍｏｄ （ ｏｙ
．
“
面接触 角增 大 ， 到 降 低 沿 程 阻力 、 加 管 输 量 、 达 增
节 省 输 油 能 耗 的 目 的 。研 究 表 明 ， 氧 树 脂 涂 环 料 具 有 极 好 的 黏 结 性 、 学 稳 定 性 和 优 良 的 机 械 化
图直 接 查 出 ， 中 为 绝 对 当量 粗 糙 度 （ 。管 道 其 ｍ） 内涂 低 表 面 涂 层 后 的 阻 力 系 数 不 仅 是 Ｒ 、 对 ｅ相 粗 糙 度 的 函 数 ， 与 涂 层 表 面 张 力 有 关 。涂 还 。
果 ， 中添 加 低 表 面 能 填 料 的 环 氧 色 漆 减 阻 效 果 较 好 ； 雷 诺 数 为 ３４ ５时 ， Ｐ 其 在 ７ ３ ＴＦＥ环 氧 色 漆 涂 层 对 ３号 油
品 的最 大 减 阻率 达 到 ２ ． ； 层 对 油 品 的 减 阻 效 果 与 油 品 黏 度 和 涂 层 表 面 性 能 有 关 ， 品 的 黏 度 越 大 ， 层 ３１ 涂 油 涂
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。
输油管道减阻剂
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。
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。
减阻剂研究概述
人工智能、大数据等智能化技术有望在减阻剂性 能预测、优化设计等方面发挥重要作用，提高研 究效率和应用水平。
06
结论与建议
研究成果总结
01
减阻剂能有效降低流体在管道中的摩擦阻力，提高流体的输送效率。
02
不同类型的减阻剂在不同流体和管道条件下具有不同的减阻效果，需 要根据实际情况进行选择。
复合型减阻剂
将不同类型减阻剂进行复合，发挥各自优势，提高综 合减阻效果。
03
减阻机理与方法
边界层控制理论
边界层概念
在流体与固体壁面之间形成的薄层，其中流体速度从零逐渐增加 到主流速度。
边界层分离
当边界层内的流体受到逆压梯度作用时，流体会从壁面分离，形成 涡旋和阻力。
减阻方法
通过改变边界层内的流动状态，如增加壁面粗糙度、引入吹气或吸 气等方式，可以延缓边界层分离，从而降低阻力。
数值模拟精度有待提高
数值模拟方法虽然具有成本低、周期短等优点，但目前数值模拟精度仍有待提高，特别 是对于复杂流动和新型减阻剂的模拟预测。
未来发展趋势预测
1 2 3
新型减阻剂研发
随着材料科学和纳米技术的发展，未来有望研发 出性能更优、环境友好的新型减阻剂。
多学科交叉融合
减阻剂研究涉及流体力学、化学、材料科学等多 个学科领域，未来多学科交叉融合将成为推动减 阻剂研究发展的重要趋势。
表面活性剂减阻剂
界面活性
01
表面活性剂能降低流体与固体壁面间的界面张力，减少流动阻
力，提高流体的流动性。
吸附作用
02
表面活性剂在固体壁面上形成吸附层，改变壁面润湿性，降低
摩擦阻力。
泡沫与乳状液
03
部分表面活性剂可形成泡沫或乳状液，进一步降低流动阻力。
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。
浅析HG减阻剂在输油管线的应用效果
中 图分 类 号 ： Ｅ ７ Ｔ ９３
文 献 标 识 码 ： Ａ
文章 编 号 ： ０ ６ ８ ３ ２ １ ） ０ ０ ６ — ３ １ ０ — ９ ７（０ １ ２ — １ ９ ０
（ 州 金 桥 石 化 管 道输 送 技 术 有 限公 司 ， 徐 江苏 徐 州 ２ １０ ） ２０ ４
摘 要 ： 章 介 绍 了减 阻 剂 的减 阻机 理 ， 出在 一 定 范 围 内 随 着加 剂 量 的 增 加 ， 阻剂 的减 阻 增 输 效 果 增 加 。 文 指 减
分 析 了 甬沪 宁 管 线 添加 Ｈ 减 阻 剂 增 输 试 验 的情 况 ， 结 合 管输 原 油 油 品 变化 较 频 繁 的 实 际 情 况 ， 活 调 整 Ｇ 并 灵
泵的规模 ， 从而节省建设 的一次性投资 ； 增加在役管线输 量， 提高管道运行效 率 ， 是在 特定 时期 、 特定 管段提高管 道流通能力 ， 降低 能耗的重要手段 ； 于使用 多年 的老管 对
线， 降低管线 的运行 压力 ， 高管线 运行 的安全 系数 ， 提 增 外观为 白色的液体 ， 具有可泵性 ， 可溶解于有机溶剂 中。 强管线 的完整性 ； 实现油 品的水力越站 ， 提高管线运行的 减 阻剂 为 纯粹 的碳 氢 化 合 物 ， 于 炼 油 没 有影 响 。 对 灵 活性 ； 少 运 行 泵 的数 量 ， 保 证 泵 的 维 护 需 要 ， 减 既 又保 证连续生产 ； 在海上 、 沙漠 、 沼泽 、 高寒地带等 自然条件恶 减 阻作 用 是 一 种 特殊 的湍 流 现 象 ，减 阻 效 应 是减 阻 劣 的 地 区 ， 加 大 泵 的站 间距 ， 少 泵 站 数 量 。 可 减 影 响湍 流 场 的宏 观 表 现 。 是 一 个 纯 物 理 作用 。 阻剂 分 它 减 ２ 甬沪 宁现 场 试 验 子 与 油 品 的分 子 不发 生作 用 ， 不 影 响 油 品 的化 学 性 质 ， 也 而 只 与其 流 动 特 性密 切 相 关 。 ２１ 试 验 目的 ．
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。
减阻剂在输油管道中的应用
减阻剂在输油管道中的应用发布时间：2021-07-26T10:15:57.043Z 来源：《科学与技术》2021年9期作者：朱晓东[导读] 液体在管道中流动时有两种流动状态，一种是层流，朱晓东华东管道设计研究院有限公司江苏徐州 221008摘要：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。
关键词：减阻剂;输油管道;应用引言减阻剂是一种广泛用于原油管道运输的化学添加剂。
它可以有效地减少原油和精炼石油管道运输的摩擦和能源消耗，抑制流量中的石油波动程度，降低流量阻力。
它可以有效提高管道输送能力，减少管道压力，节约能源，提高管道运行的安全系数而不增加设备。
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。
减阻剂
减阻剂（兰州输油气公司张家川维抢修队甘肃天水 745000）摘要：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。
作者在《浅谈减阻剂》一文中介绍了减阻剂的发展历史、减阻机理、生产工艺、新动向及在国内外输油管道应用的实例；分析了在输油管道中应用减阻剂的优势。
关键词：流体减阻剂降耗聚合物前言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（速度、压强等流动要素随时间和空间作随机变化，质点轨迹曲折杂乱、互相混掺的流体运动。
）状态下降低流动的阻力。
主体一、减阻及减阻剂的发展历史减阻的概念早在20世纪40年代就已经提出。
20世纪初美国纽约的消防队员曾使用水溶性聚合物增加排水系统的流量。
1948年Toms（汤姆斯）在第一届国际流变学会议上发表了第一篇有关减阻的论文，文章指出，以少量的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶于氯苯中，摩阻可降低约50%，因此，高聚物减阻又称为Toms（汤姆斯）效应。
20世纪60年代末，美国Conoco(康诺克)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啦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（液化天然气）、LPG（液化石油气）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（壳牌）公司和加拿大Shell Inc（壳牌）公司提出申请减阻剂专利。
1983年，美国Atlantic Richfield co(大西洋富田)公司研制出Arcoflo（艾少芬）减阻剂产品，加入5ppm（百万分之）即可达到20%的减阻效果。
油品减阻剂减阻机理及其效果预测研究现状
选取的性能指标，并基于此指标，简化减阻剂的选
1 DＲ
=
A ppm
+
B
（1）
式（1） 仅考虑了减阻剂添加浓度，将流动等
其他因素的影响均归于常数项 A、B，且不同工况
减阻剂依据合成方法可分为水溶性和油溶性 两大类，其中油溶性的高分子聚合物减阻剂以其 用量小、无污染等特点广泛应用在现场管输中。 1． 1 高分子聚合物减阻剂减阻机理
对油品减阻剂减阻的研究始于 20 世纪 80 年 代初，目前提出的减阻剂机理有：Toms 伪塑性假 说、Virk 的有效滑移假说、粘弹性假说、湍流脉动 抑制假说和湍流脉动解耦假说。其中湍流脉动抑
16
化工机械
2019 年
油品减阻剂减阻Leabharlann 理及其效果预测研究现状全 青 王寿喜 石 营 王 力 解 谨 王小丹
（ 西安石油大学石油工程学院）
摘 要 从减阻机理、减阻率预测和数值模拟 3 个方面介绍了目前主流的聚合物减阻机理、现场对减阻
率预测存在的问题与难点和数值模拟减阻过程的短板，总结了减阻剂的研究现状与存在的问题，为实现
图 1 湍流减阻机理示意图 1． 2 实验研究
减阻率的实验研究多数在室内利用平板或环 道进行，主要借助粒子成像速度仪（ Particle Imaging Velocimetry，PIV） 和相位多普勒测速仪测量
基金项目： 国家自然科学基金项目（51704236） 。 作者简介： 全青（1989-） ，讲师，从事多相管流及流动安全保障技术的研究，qingqing． lf@ 163． com。
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。
油基减阻剂的研制与应用
助 催 化 剂 摩 尔 比 ； Ｔ为 反 应 温度 ｃ Ｃ
表 ２ 实验方案及聚合产品减阻率
实 验 号
ＣＮ
ｌ Ｏ ８ ｌ ２ ８ ｌ ２ ｌ Ｏ
式 （ ） ３ 表明 ，在考察范 围内烯烃碳数 Ｃ Ｎ对聚 合 产物 的减 阻率没有影 响 ；主催化剂 ＴＣ， ｉＩ的浓度 Ｃ Ｔ、 主助 催 化剂 的摩 尔 比 ＡＴ、反 应 温 度 越 小 ， 聚合产物 的减阻率越 高。根据所得 回归方程结合实 验 的可操作性选择实验条件进行聚合 ， 结果见表 ３ 。
５ ｌ ５ ０
ｌ ． ９４
３１２ ． ｌ ． ６７ ２ ． ３５
２ Ｏ ５
注 ： Ｄ足为 减 阻 率
根据表 ２ 列举 的各个实 验条件 进行减 阻剂合 成 ，并将合成产物 的减 阻率作 为实验结果记 录在表 ２中 。
等 。要考察其 中的规律性 ，如果采用一 般 的实验设 正确选择 实验所 考察的因素和水平是一个 实验 计 ，实验量会很大 。用均匀设计安排实验 ，结合数 据 回归处理可大大减少实验次数 。均匀设计法是借 成功 的关键 。根据 预实验的结果 ，确定出可能影 响 助均匀设计表和其使用表安排实验 ，使实验点在考 减阻剂 性能的因素和相应 的水平 ，选择适 当的均 匀
表 １ 水 平 因 素
相关 系数 Ｒ＝ ．７ ２Ｏ９ ７ 回归 方 程 Ｆ值 为 ２．６ ８２ 查 Ｆ分 布 表 ，显 著 水 平 ： ． Ｏ０ ５时 Ｆ ．５（ ， ＯＯ ３ ２） ＝ ９１ ，因此 回归 方 程 的可 信 度 为 ９ ％。 １． ６ ５
注 ：ＣＮ 为 烯 烃碳 数 ；Ｃｒ为 主催 化 剂用 量 （ 尔 百分 比 ） ＡＴ为 主 摩 ；
摘 要 聚 烯烃是 目前最为有效 的减 阻聚合物 ，影响聚合物减 阻效果的 因素很 多， 若想得
利用减阻剂提高原油管线的输量
表 ２加 剂浓度 为 ｌ Ｏ ｍ ｇ ／ Ｌ时的运行 数据
日期 进站压力 （ ＭＰ ａ ） 进站压力 （ ＭＰ ａ ） 压差 （ ＭＰ ａ ） 输油量 （ ｍ ）
Ｏ ５ ． ０ ９ ０ ５ ． １ ０ ０ ５ ． １ １ ０ ５ ． １ ２ ２ ． ５ ０ ２ ． ５ ２ ２ ． ５ ３ ２ ． ５ ４ ５ ． ９ ２ ５ ． ９ ９ ５ ． ９ ９ ６ ． ０ ０ ３ ． ４ ２ ３ ． ４ ７ ３ ． ４ ６ ３ ． ４ ６ ３ ６ ９ ７ ３ ７ｌ ５ ３ ７ ５ ５ ３ ７ ３ ２
一
加， 原油输送量逐年增加， ２ ０ １ ２ 年全年输油量为 ２ ４ ｏ ０ 万吨， 即将达到满 负荷运行 状态 。 ２ ０ １ ３ 年输量 预计为 ３ ０ ０ ０ 万吨， 为了满足炼 厂需求 ， 公 司 决定利用 添加减 阻剂 的方式 提高输量 。 ２ ０ １ ２ 年五月份，仪长原油管线采用了添加 Ｈ Ｇ减阻剂的方式进行 增输实验。 加剂试验采取同时在仪征 、 和县、 无为、 怀宁、 黄梅 ５ 站添加减 阻剂进 行增输 率试验 ，减阻 剂注入 口设在各 站输油 主泵 出 口汇管 至 出 站阀之 间 的管 段上 。每种加 剂方式 分 别进行 ｌ Ｏ ｍ ｇ ／ Ｌ 和１ ５ ｍ ｇ ／ Ｌ 两种 加 剂 浓度 的试 验 ， 通过 得出不 同添加浓度 下的增输率 。 运行数据分析 ： 仪长管线在整个加剂的过程 中， 油品没发生变化 ， 运行方式也没有 改变。以其中某一个输油站数据为例 ，在不添加减阻剂、添加浓度为 ｌ Ｏ ｍ ｇ ／ Ｌ和添加 浓度为 １ ５ ｍ ｇ ／ Ｌ三种状 况下 ， 从 调度运 行报表 中选 出了一 组进、 出站压力很 接近 『 青 况下 的输 油量对 比数 据 。 表 １不 添加减 阻剂时运行数据
浅析减阻剂对成品油管道摩阻的影响
浅析减阻剂对成品油管道摩阻的影响摘要：减阻剂在注入成品油管道后，因为已影响了流体流态，常用的摩阻计算公式不能准确计算出管线压力，本文以西南成品油管道茂名至玉林段为试验管道，研究减阻剂对成品油管道摩阻的影响规律，并校核出切实可用的摩阻计算公式。
一、前言近年来，我国的成品油管道事业取得飞速发展，已建成的成品油管线已达到1W多公里，由于部分管线建成年代已久导致设备老化，而当地市场成品油需求量逐年增加，现有成品油管线已逐渐无法满足管输要求，新建管道耗时耗力，而加注减阻剂作为管道增输提量性价比最高的手段，已逐渐在各段成品油管道上投入使用。
西南成品油管道作为国内管线最长的成品油管线，已熟练运用减阻剂作为管道增输降耗的手段多年。
经过实际应用发现，成品油管线在加注减阻剂后，用原始的油品流动阻力公式计算管线某点压力时和实际值相差较大，特别在减阻剂加注浓度或管输流量较大时，这一差值更大，根据伯努利方程，在高程差一定的情况下，管线两点压差值只与管线摩阻有关，可推出加注减阻剂后，管道摩阻的变化已不能用原有阻力公式来进行计算，摸清管线摩阻变化规律并校核出适用减阻剂加注管道的摩阻经验公式，对外线带压施工、运行工况优化、异常压力排查等常规管道生产任务具有不可或缺的作用。
二、减阻剂的减阻原理减阻剂是一种能减少流体在输送时所受阻力的试剂，分为水溶性减阻剂和油溶性减阻剂。
在成品油管线中多用油溶性减阻剂，在实际应用中，只需在管线中注入微量的减阻剂，便可获得明显的减阻增输效果。
其减阻原理经过前人多次实验研究，已有较科学的解释说明。
最新的研究结果表明，减阻剂在加入流体管道后，并没有减少油品粘度，而是靠改变流体流态来实现减阻作业的，南输成品油管线减阻剂实验已经证明这一点（文献1）。
因为减阻剂是一种高分子聚合物，具有很大的分子量，在物理形态上表现为长链分子，在流体管线中，减阻剂通过特殊注入头注入流体后，能有效的限制油品分子的径向运动，使之沿减阻剂长链分子方向运动，即沿管线方向运动，从而有效的减小流体的紊流程度。
减阻剂在油气管道上的应用
轴 向 力 ，从 而减 少 无 用 功 的 消 耗 ，实 现 了
中 与 管 壁 之 间 存 在 摩 擦 阻 力 ，该 阻 力 为 管
该 方 法 是 在 管 道 的 人 口 安 装 雾 化 装 减 阻 作 用 （ 。
道压 降的 主 要 原 因 。降低 管 道 压 降 ，对 改 善 置 ，减 阻剂 雾 化 后 加入 到 管 道 中 。减 阻剂 以
ｌｊ２圆 — ｉ： ：ｉ 器 。 。 。。 ． 。 ．。
减 阻 剂在 油 气 管 道 上 的应 用 ①
工业技术
王颜全’ 段瑞溪 李颖 。 （１．中国石 油北 京油气调控 中心 北 京 １ ００００７； ２．中国石油集 团海洋 工程公司 工程设计 院 北京 １０００００； ３．中石 化洛阳工 程公
管 道 中 使 用 的 减 阻剂 均 能 对 紊流 下 的流 动 因此 适 用 于 长 度 较 短 的 管 道 。
切 的 作 用 下 ，长 链 很 容 易 被 剪断 从 而 失 去
起 到 减 阻作 用 ，但 作 用 机 理 与使 用 方 法 各 １．２泡 沫注入
减 阻 作 用 。管 道 中 剪 切 主 要 来 自流 体 与 管 作 用机 理 以ຫໍສະໝຸດ 使 用要 求上有 各 自的 特点 。
关 键 词 ：减 阻 剂 天 然 气 油 品 管 道
中 图分 类号 ：ＴＥ８３２
文 献 标 识码 ：Ａ
文章 编号 ：１ ６７２－３７ ９１（２０１３）０８（ａ）－０１ ２０－０２
天 然 气 、成 品 油 、原 油在 管 道 输 送 过 程 １．１雾化 注入
非 极 性 端 ，极 性 端 牢 固 地 粘 结 在 管 道 金 属
在 管 道 中 使 用 两 个 清 管 器 形 成 密 封 门 、过 滤 器 后 减 阻 剂 的长 链 结 构可 能 被 严
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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第28卷第1期 油 气 储 运实验研究成品油管道应用减阻剂研究戴福俊3(中国石化销售有限公司华南分公司) 鲍旭晨 张志恒 李春漫 刘 兵 徐海红(中国石油管道研究中心)戴福俊 鲍旭晨等:成品油管道应用减阻剂研究,油气储运,2009,28(1)19～23。
摘 要 依据减阻剂减阻机理、室内试验及现场应用情况,确定了减阻剂应用效果、管道流态和减阻剂结构必须具备的三个条件,给出了提高减阻率或增输率的方法。
分析了减阻剂对成品油品质的影响,提出了实现减阻增输和水力越站时应注意的事项。
主题词 成品油 管道 减阻剂 减阻 效果 分析 应用一、前 言 近年来,我国的成品油管道建设取得了飞速发展,已建成的长距离成品油管道约7000km ,计有兰成渝管道(长为1247km )、乌兰管道(长为1842km )、珠三角(总长为2890km )以及西南管道等。
“十一五”期间,我国预计新建成品油管道约10000km ,新增输油能力约8400×104t/a ,将逐渐形成成品油管道运输网络。
因此,保障成品油管道安全、高效运行非常重要。
减阻剂是一种超高分子量(>106)的单长链聚合物,在湍流液体管道中只需注入微量减阻剂,便可获得明显的减阻增输效果,经济效益可观。
减阻剂减阻技术具有简便、安全、灵活和成本低的特点。
油品管道应用减阻剂已有近30年的历史。
1979年美国CONOCO 公司首次成功地在横贯阿拉斯加的原油管道上应用了减阻剂。
1986年我国第一次在铁大线上进行了减阻剂应用现场试验,此后在多条管道上应用,减阻增输效果明显。
但是,减阻剂在成品油管道上应用较少,至今仅在西南和兰成渝等管道上进行了现场试验。
二、减阻剂应用效果分析 (1)降低新建管道的固定投资。
由于减阻剂可在保持输量不变的条件下明显降低沿程摩擦阻力,因此在保证设计输量的前提下可以降低输油泵规模,减小管径或壁厚。
(2)提高在役管道的输油量。
在管段两端压差不变的情况下,注入减阻剂可以提高输量。
对于单泵站输油管道,只需在出站口注入减阻剂;对于多泵站输油管道,由于各站段的最大可行输量不同(由各站段的最高出站压力和最低进站压力所决定),因此存在最大可行输量最低的站段,称为“瓶颈段”,“瓶颈段”的最大可行输量就是全线的最大可行输量。
若在“瓶颈段”注入减阻剂提高输量,则全线最大可行输量也将得到提高。
但此时又存在新的“瓶颈段”,若想继续提高输量,则应在新的“瓶颈段”处注入减阻剂。
(3)确保已腐蚀管道的安全运行。
埋地管道受周围土壤和管内油品中腐蚀性物质的影响,管壁内外表面都会受到腐蚀,使管壁变薄,耐压能力下降。
注入减阻剂后,既可以维持原输量,又可使出站压力明显降低,从而保障管道运行安全。
(4)避免在自然条件恶劣地区建泵站。
长输管道沿途会经过沙漠、沼泽、高山、严寒等自然条件恶劣的地区。
从交通、生产、安全和生活等方面考虑,在这些地区应尽量不建或少建输油泵站。
应用减阻剂可以明显降低沿程摩阻,因而在输量和出站压力不变的情况下能够延长站间距,并合理调整管道参数,可以达到在某一区域不建或少建泵站的目的。
(5)满足油泵轮换维修和连续输油的需要。
一个输油站通常为多台油泵同时运行,应用减阻剂可以减少运行泵的数量,增加备用泵数量,避免出现因泵故障而停输的危险。
3511455,广东省广州市南沙区黄阁镇小虎大道小虎油库;电话:(020)39916188。
・91・三、减阻剂应用条件 虽然油品管道注入减阻剂可以获得明显的减阻增输效果,但是若减阻剂结构和管流状态不满足要求,将会降低减阻效果,甚至产生增阻现象。
因此,需要依据减阻机理和实用情况,找出应用减阻剂时必须具备的条件。
目前对减阻剂减阻现象有多种解释,文献[1]提出的减阻机理可以解释至今所有的试验现象,其基本要点如下。
当壁面切应力足够大时,摩擦切应力会拉长流体边界层中减阻剂分子长链,使其转动、定向在管轴方向,并具有一定的弹性。
若线度远小于分子长链的流体漩涡或径向脉动流体微团与分子长链相碰,则分子长链会发生弹性形变,抑制流体径向脉动速度,并将流体脉动能转化为分子长链弹性势能,而后随着弹性形变恢复,弹性势能又转变成流体动能,减少了能耗。
流体径向脉动速度的减小导致流体边界层中时均速度梯度增加,并引起管道中每一点的时均速度增大,使管道流体平均速度或输量增加。
由此可知,若要使减阻剂在流体管道中具有减阻增输作用,则管道流态和减阻剂结构必须具备以下三个条件。
(1)减阻剂分子是单长链结构,其长度远大于流体漩涡或脉动流体微团的尺寸,否则两者相撞时分子长链不会发生弹性形变,而只会平动,不能减小流体脉动速度。
文献[2]通过测量不同摩尔质量(摩尔质量与分子链长度成比例)减阻剂的减阻效果后指出,减阻剂的摩尔质量必须大于106才有减阻作用。
(2)管道流体中必须存在流体漩涡或流体脉动,即管道流体必须处于湍流状态。
(3)流体边界层中存在合适的摩擦切应力,摩擦切应力太小不足以拉长和定向减阻剂分子长链,太大又可能会“拉断”减阻剂分子长链,多次拉断后会使其摩尔质量小于106。
上述三个条件必须同时满足,只要一个条件不满足,则减阻剂在流体管道中就没有减阻作用。
四、提高减阻剂减阻作用的方法 在减阻剂摩尔质量大于106和管道流体处于湍流的情况下,减阻剂是否有减阻效果和减阻率大小主要取决于流体边界层中摩擦切应力的大小和分布情况。
由于管道流体中任一点的摩擦切应力都是与壁面切应力成正比,而且随着该点距管轴距离的增加而增大〔1〕,因此壁面切应力是流体边界层中最大的摩擦切应力,壁面切应力的变化规律可以反映流体边界层中摩擦切应力的变化规律。
由流体力学基本知识可知〔3〕,对于任何流体管道,由于τo=u23ρ,u≈20u3和Re=uDv,因此得到:τo≈Re2vμ400D2(1)式中 τo———壁面切应力,流体边界层中或管道截面上最大的摩擦切应力,Pa; v———流体运动粘度,m2/s; μ———流体动力粘度,Pa・s; D———管子内径,m; Re———雷诺数; u———管道流体平均速度,m/s; u3———切应力速度,m/s; ρ———流体密度,kg/m3。
式(1)表明,τo是个多变量函数,随着Re2、v和μ的增加而增大,又随着D2的增加而减小,因此研究τo随某一参量变化的规律时,必须保持其它参量不变。
设壁面切应力的合理范围为τo min<τo<τo max,当τo<τo min时,摩擦切应力太小,不足以定向减阻剂分子长链,无减阻作用;当τo>τo max时,高速剪切开始使减阻剂分子降解,逐渐失去减阻作用。
若某一条管道中流体的物性不变,则存在与τo min、τo max相应的最低临界雷诺数Re min和最高临界雷诺数Re max。
在Re min<Re<Re max范围内,减阻率随Re的增加而增大;当Re>Re max时,减阻剂分子被高速剪切而降解,减阻率出现拐点并逐渐下降。
由于稳定湍流的起始雷诺数为4000,因此当Re min <Re<4000时,虽然流体边界层中摩擦切应力可把减阻剂分子长链定向在管轴方向,但是由于流体脉动或漩涡不一定存在,因此不一定产生减阻作用,最低临界雷诺数应是4000而不是Re min。
如果Re min >4000,则能够产生减阻作用的最低临界雷诺数就是Re min。
因此,当管输流体物性不变时,提高减阻率的方法就是增加输量即增大雷诺数,一旦减阻率不再提高,表明雷诺数已达到最高临界雷诺数Re max。
减阻率随雷诺数增大而提高的现象,已在室内试验和油品管道减阻增输试验中得到验证。
当然,增加减阻剂注入量或换用摩尔质量更大的抗剪・2・油 气 储 运 2009年 切性能更好的减阻剂,同样是提高减阻效果的有效方法〔4、5〕。
若管输油品物性发生变化,则临界雷诺数Re min和Re max 也发生变化。
例如用原油管道改输成品油时,如果成品油粘度是原油粘度的1/N ,则临界雷诺数Re min 和Re max 将增大N 倍。
在新的临界雷诺数范围内,增加输量才会提高减阻率。
当利用小管径室内环道模拟大管径工业管道时,若管径相差N 倍且油品物性相同,则室内环道测试的减阻率相当于雷诺数放大N 倍后工业管道的减阻率。
由于式(1)是近似的,因此得出的结论也是近似值。
五、减阻剂对成品油品质的影响 目前采用的减阻剂产品都是水基、醇基或油基减阻剂,是在经过超低温粉碎的本体聚合物中添加固体分散剂、增稠剂、表面活性剂等化学物质后再经过高速搅拌得到的浆状悬浮液。
由于原油成分非常复杂,除碳、氢外还含有少量氧、硫、氮等其它元素,既含有液态低烃类物质,又含有胶质、沥青质和石蜡等重烃类物质,因此加入少量减阻剂对原油品质没有明显影响。
但是,成品油是由低分子量的轻烃组成,且干净无杂质,而减阻剂是超高分子量烃类,并含有其它化学成分,因此,注入减阻剂可能对成品油品质产生影响,在应用前应对其影响作出评估。
首先检测不同加剂浓度的成品油的品质。
任何成品油的品质参量都存在合格范围,且在出厂时都有一定的富余量。
由于减阻剂注入量极小,因此加剂油品的质量虽然会降低,但当加剂量小于某一临界值时可能仍然满足要求使用,只要管道油品中加剂量小于该临界值即可应用。
减阻剂分子长链中仅含碳、氢两种元素,与成品油为同族烃类物质,应用前将含剂油品经过一定时间的泵剪切使其降解,对成品油质量的影响会明显降低。
在减阻剂产品的后处理过程中,需要添加固体分散剂、增稠剂和表面活性剂等化学物质。
在用于成品油管道的减阻剂产品中,应避免添加对成品油性质有影响的化学成分。
中国石油管道研究中心已研制出成品油减阻剂,并在兰成渝、西南和抚鲅等成品油管道上进行了现场试验和应用。
六、减阻剂注入及其效能分析 1、 减阻剂注入系统原油或成品油管道其减阻剂注入系统是相似的。
图1是中国石油管道研究中心研制的减阻剂注入系统的工艺流程图。
利用倒料泵将减阻剂从包装容器送进搅拌储罐中,通过搅拌使其保持流动性和均匀性。
打开出料阀使减阻剂进入喂料泵,为注入主泵提高足够的吸入压力。
利用流量计记录和确定减阻剂的实际注入速率和累计注入量。
图1 成品油减阻剂注入工艺流程图 2、 减阻剂注入点减阻机理指出,减阻剂分子长链必须远大于脉动流体微团的尺寸才具有减阻作用;试验数据表明,减阻剂分子摩尔质量大于106才具有减阻效果,且摩尔质量越大,减阻率越高。
因此,保证减阻剂在应用过程中不降解是保持减阻效果的关键,高速剪切・12・第28卷第1期 戴福俊等:成品油管道应用减阻剂研究 是减阻剂分子降解的主要原因。
由于流体边界层(固体表面附近)是剪切速率(速度梯度)最大的区域,因此在输油管道系统中,最强烈的剪切发生在离心泵的叶片表面和过滤器的栅网附近;其次是管壁发生局部形变的地方,例如阀门、弯头、变径管等;再次是直管段的壁面附近。