天然气减阻剂及其减阻机理的研究进展

针对天然气减阻剂在输气管道运行中的迫切需求,综述了国外天然气减阻剂60年的发展历史,介绍了中国石油管道研究中心天然气减阻剂的研究进展,其中试产品在工业应用试验中取得了8%～10%的减阻效果,且减阻效果持续两月有余。分析了输气管道的水力摩阻等参数,探讨了天然气减阻剂的作用机理,从微观角度认识到输气管道减阻的本质是减小能量损失,并提出了通过弹性碰撞解决能量损失的减阻新理念。     

管道入口段雾化加注天然气减阻剂的数值模拟

采用数值模拟的方法研究天然气管道减阻剂的雾化加注过程,首先对气体管道入口段的稳态流场进行模拟,得到收敛的气流场,再将减阻剂作为一系列离散相雾滴从入口喷嘴注入后进行耦合计算,分析各雾化条件对雾滴索泰尔平均直径（SMD）及其在入口段管壁上吸附特性的影响。模拟结果表明：喷雾压差、喷雾流量、喷嘴直径和喷射角度是影响天然气管道减阻剂减阻效果和减阻距离的关键因素。喷雾压差越大,喷雾流量越小,雾滴的SMD越小,越容易吸附在入口段的管壁上;喷嘴直径和喷射角度对雾滴的SMD影响不大,但喷射角度较小时,雾滴能被气流携带更长距离。研究成果可为天然气减阻剂的工程应用提供一定的理论指导。（图6,表5,参17）。     

天然气减阻剂分离模拟试验

BIB天然气减阻剂经雾化注入输气管道以后,一部分涂敷在管壁上,其余部分随气流进入管道末站的分离器。通过模拟试验,测试了旋风分离器和过滤分离器对管输气体中剩余天然气减阻剂的分离效率。研究表明:双切向进口旋风分离器对雾化天然气减阻剂的分离效率较高,且当入口雾滴的粒径分布固定时,气液分离效率随入口气速和雾滴质量浓度的增大而提高;过滤分离器对天然气减阻剂的过滤效率超过99.9%,且过滤效率随入口雾滴的质量浓度和雾滴粒径的增大而提高,当雾滴粒径达到一定程度时将被完全过滤掉。经过两级分离器分离,管输气体中的减阻剂含量极低,基本不会对下游用户和输气设备产生不良影响。分离器是天然气减阻剂的使用结点,天然气减阻剂一旦经过分离器,必须再行加注。     

BIB天然气减阻剂研制与应用

介绍了BIB天然气减阻剂的合成原理与制备方法,利用JEDLJSM-6700F扫描电子显微镜对BIB天然气减阻剂的成膜情况进行了分析,利用减阻剂室内性能评价系统对BIB天然气减阻剂的性能进行了评价。结果表明,减阻率稳定在13%～15%,有效期超过30d。在长庆油田采气一厂进行了BIB天然气减阻剂雾化注入试验,加入减阻剂30d后,管道的平均摩阻系数比清管前降低了19.5%。     

天然气减阻剂性能测试环道

阐述了室内天然气减阻剂性能测试环道的工作原理,介绍了环道系统的水力学特征,分析了测试误差形成的原因与消除方法。应用该环道系统对室内合成的天然气减阻剂样品进行了性能测试,并筛选出最佳天然气减阻率样品,可为天然气减阻剂产品提供评价手段。     

天然气减阻剂对管道运行安全的影响

利用腐蚀实验和失重测试方法研究了BIB天然气减阻剂对天然气管道内壁的影响,同时考察了天然气减阻剂原料、中间体和溶剂对管道内壁的影响。通过电化学实验,得到了管壁样品在含有不同比例的天然气减阻剂介质中的动电位极化曲线,通过计算机拟合极化曲线,得到了含有不同比例的天然气减阻剂介质的自腐蚀电位、自腐蚀电流密度和极化阻力,总结了天然气减阻剂对管道内壁的电化学影响。通过燃烧测试实验,研究了天然气减阻剂对天然气气质的影响;通过搅拌实验,初步研究了天然气减阻剂对下游处理工艺中的脱硫脱碳溶液系统和脱水系统的影响。研究表明:BIB天然气减阻剂对天然气管道的运行安全基本没有不良影响。     

天然气管道的内涂层减阻技术

随着西气东输，忠武线等长输天然气的设计和建设，内涂层减阻技术已受到管道的管理决策部门，设计和施工单位的普遍关注，概述了国内外天然气管道内涂层减阻技术的应用和发展情况，内涂层减阻技术的特点，国外的最新理论研究成果，有关内涂层材料的选择及施工工艺，重点介绍了国外公司在管道预可研设计阶段对使用内涂层减阻技术的合理性和经济性进行的技术经济评价，可为管道的各级决策管理部门，设计，科研和施工单位提供一个可资借鉴的方法。     

六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂的研制

利用烷基醇与五氧化二磷反应生成烷基磷酸单酯,使其进一步与烷基硅氧烷反应,得到烷基链分别为12个碳和18个碳的六元环烷基硅氧烷-磷酸酯化合物,作为天然气管道缓蚀型减阻剂.其减阻机理包括管道壁面粗糙度降低而减阻及弹性分子膜产生移动波而减阻.在50℃和质量分数为5％的NaCl中性溶液腐蚀条件下,通过静态挂片失重法测得烷基链为12个碳时缓蚀效率为86.7％,烷基链为18个碳时缓蚀效率为83.9％;通过模拟环道测得烷基链为12个碳时减阻率为10.6％,烷基链为18个碳时减阻率为11.2％.     

国内外天然气储运技术的发展动态

阐述了目前国内外天然气储运技术发展的新动态,介绍了天然气储运的设计水平、管输、储存等几个方面的新技术,认为今后天然气储运技术的发展趋势将体现在管道内涂减阻、天然气净化与配套溶剂、天然气水合物储存和SCADA系统等方面.     

中国石油学会召开天然气管道内涂层减阻技术交流会

长输天然气管道内涂层减阻技术是欧美管道工业发达国家普遍采用的一项先进技术,为加速开展我国天然气管道内涂层减阻技术的研究与应用,日前,由中国石油学会储运学会邀请英国E.WOOD公司著名的管道专家S.KUT博士和格兰威尔公司总裁Mike Thomas先生在廊坊国际宾馆召开天然气管道内涂层减阻技术交流会,管道公司及有关处室的主要领导、“西气东输”办公室、忠武项目部、涩宁兰项目部、管道科技研究中心、管道工程有限公     

油气管道减阻增输与高聚物应用

依据流体管道减阻增输机理,分析研究了各种减阻增输工艺的效果和适用条件,提出了一些新的减阻增输方法。将输送工艺划分为降粘增输、抑制径向脉动增输、壁面改性增输及减少壁面沉积增输四类。为使天然气管道能够应用高聚物,从原理上给出了天然气管道应用高聚物的可能方式。     

影响内减阻涂层质量的因素分析及对策

叙述了内涂层减阻技术的基本原理和内涂环氧减阻涂料的基本方法,指出了内减阻技术关键是内减阻涂料和涂敷过程。介绍了国内外减阻涂料、API标准对减阻涂料的要求和施工设备、生产工艺流程等情况。分析了涂层附着力、光洁度、厚度对内减阻涂层质量的影响,讨论了涂层附着力、光洁度、厚度等缺陷的形成原因,并探讨了相应的对策,总结了内减阻涂层涂敷过程的质量控制的重要意义。     

管壁特性与摩阻关系

对憎液表面的水力摩阻特性进行了试验研究,实验中憎液表面材料采用聚四氟乙烯,试验工质采用水和7号机械油。试验结果表明,内衬聚四氟乙烯管较普通钢管具有一定的减阻效果,对工质水而言,其减阻效果大约为12％,对7号机械油而言,其减阻效果为6％左右,减阻效果取决于壁面材料对介质的憎液程度,即聚四氟乙烯对水的憎液性能比对7号机械油的好。通过对憎液表面流动机理的理论分析表明,表面经憎液处理后,由于降低了表面能级,使得固壁对液体分子的吸引力小于液体分子间的吸引力,壁面部分流体产生滑移现象,从而达到了一定的减阻效果。     

圆管段塞流型速度分布与减阻规律研究

以流体力学基本方程为基础,通过对气体在管道中心形成段塞流的相速度分布和阻力规律分析,得到了二次流发生的条件,各相流体速度分布,减阻率关系式以及减阻率曲线。减阻率曲线表明,段塞流的含气量影响其阻力规律,段塞流能产生的减阻很小,而当气体含量处于增阻范围内时,却能使阻力增加很大。因此在利用掺气减阻时应控制段塞流流型的出现。     

高粘牛顿流体输送的表观滑移流动研究

在高粘度流体输送过程中,用低粘度的流体局部置换高粘度的流体,可以降低附壁边界层的粘性从而实现管道内流体流动减阻。对管道内两种粘度流体环状流动进行了理论和计算研究,推导了滑移层厚度及流体粘度与流动流量、减阻、滑移速度等的关系式,结果表明,随着滑移层变厚,其流速的增量会减小;当滑移层较薄时,流量增否取决于两层流体粘度之比;只有控制滑移层厚度不超过一定范围输送效率才会最大;滑移速度与压差成线性关系。     

高聚物减阻增输机理研究

采用理论研究与湍流试验相结合的方法，以增输必须增加速度梯度为出发点，通过分析流体与高聚物分子的相互作用，发现高聚物减阻的机理在于能够有效地抑制管壁附近流体的径向脉动。根据高聚物减阻增输机理，合理解释了多年来在高聚物减阻研究中出现的许多迷惑现象，给出了减阻效果随雷诺数、粗糙度及高聚物掺入量的变化规律，导出了最佳雷诺数与管径、运动粘度的相互关系，提出了高聚物研制和应用的具体建议。     

高分子减阻剂对非牛顿型流体流动特性的影响

以普兰德动量传递理论为基础,按照卡门的三层模型,通过室内模拟环道用0号柴油及加入减阻剂在圆管内的流动参数的测定,计算了非牛顿型流体管内湍流边界层的层流内层、过渡层、湍流中心的涡流粘度,涡流粘度与运动粘度比、总应力随相对位置的变化等定量参数,探讨了高分子减阻剂对非牛顿流体流动特性的影响,对湍流减阻现象的机理与增大减阻率的条件进行了定量分析.     

减阻剂的模拟环道评价

减阻剂应用于输油管道可以达到增输或降压的目的,其性能评价是一个重要课题。阐述了利用环道进行减阻剂性能评价的原理,并给出了一套室内模拟环道评价装置。对环道的装置构成、设计规格和水力学特征进行了介绍。测定了室内合成EP系列减阻剂的减阻性能,对减阻剂与流体相互作用规律进行了探讨。试验结果表明,雷诺数在9000(对应管壁剪速1276s~(-1)左右时,减阻剂性能达到最大值,之后由于减阻剂的剪切降解导致减阻率降低;减阻率在加剂浓度约15mg/L时达到最大值,约74％。     

减阻剂在陇东油区的应用分析

叙述了减阻剂的减阻机理、影响因素、加药流程以及计算公式,结合在华池—悦乐和悦乐—阜城输油管道进行添加Liquid PowerTM减阻剂工艺试验,通过分析试验数据,对应用减阻剂的效果进行了评价,结果表明,减阻剂能够显著提高管道输送能力,在一定程度上降低了管道的运行压力和输油设备的负荷,并根据其地域特征,为减阻剂在陇东地区的应用提供了依据。