减阻剂在输油管道中的应用研究

减阻剂在输油管道中的应用研究

潘雪,王丽红

大庆亿莱检验检测技术服务有限公司

摘要：根据减阻剂的减阻机理，结合实验室分析和现场应用具体情况，提出了减阻剂应用效果，管道流动状态，以及减阻剂结构应具备的三个条件。本文对输油管道中减阻剂对油品质量的影响进行了分析，并指出了在减阻增输等方面应注意的问题。

关键词：长输管道；减阻剂；应用分析

序言

减阻剂为超高分子量（>106)单长链高分子聚合物，仅将少量的减阻剂注入流体管道，就能达到显著的减阻增输效果，安全，灵活，成本低廉，经济效益显著。减阻剂在石油长输管道中的应用已有30余年，对石油管道的安全高效运行至关重要。

1、减阻剂作用分析

1.1减少新建管道的固定投资

利用减阻剂可显著降低管壁的摩擦阻力，在保持运输量不改变的情况下，使输油泵的规模降低，管径变小，壁厚变小。

1.2提高长输管道的输油能力

当管段两端压力差相同时，注入减阻剂可增加输油能力；对于单泵站的输油管线，只需在出口注入减阻药剂即可；在多泵站输油管道中，由于各泵站的最大可行流量不同（由各泵站的最高进出压力确定），存在一个最大可行流量最小的段，即“瓶颈段”，而该“瓶颈段”的最大可行流量即为全线的最大可行流量。通过向“瓶颈段”注入减阻剂来增加输送能力，可以提高全线的最大可行输油能力。但此时又出现了新的“瓶颈段”，要想进一步提高输油能力，就必须在新的“瓶颈段”注入减阻剂。

1.3保证已腐蚀管线的安全运行

埋地管道由于受到周围土壤及油品中的腐蚀性物质的影响，会发生内、外腐蚀，导致管道壁薄、耐压性能降低。注入减阻剂后，不仅保持了原有的输水能力，而且出口压力显著下降，保证了输送管道的安全运行。

1.4避免将泵站建设在自然环境恶劣的地区

长距离输油管道穿越沙漠、沼泽、高山、严寒等恶劣环境。从交通运输、生产安全、生活安全等方面考虑，应尽可能避免或减少油泵的建设。减阻剂的应用能显著降低沿程摩阻，从而在输量与出站压力恒定的条件下，可以延长站间距，并对管道参数进行合理调整，实现在特定区域内不建或少建泵站的目标。

1.5满足油泵轮换保养及连续供油的要求

一个输油站一般有多个泵站并用，使用减阻剂可减少泵站运行泵数，增加备用泵数，避免因泵站故障而中断输油。

2、减阻剂的应用条件

尽管在石油管道中注入减阻剂可获得显著的减阻增输效果，但如果减阻剂构型和流体状态不符合要求，则减阻效果会下降，甚至出现增阻现象。因此，应根据减阻机理，结合实际情况，确定减阻剂在实际应用中应满足的条件。

由此可知，若要使减阻剂在流体管道内发挥减阻增输的效果，管道的流态与减阻剂的构型必须同时满足三个条件。

(1)减阻分子为单一长链，其长度远大于流体涡流和脉动流体微团的大小，否则，当两者碰撞时，分子长链只会平移，不会产生弹性变形，不会降低流体脉动速度。在测定了不同摩尔质量（摩尔质量/分子链长度）的减阻剂的减阻效果后，发现减阻剂的摩尔质量大于10的六次方才能起到减阻作用。

(2)管内流体必须有涡流或脉动，也就是管内流体必须有紊流条件。

(3)在流场边界层内存在适当的摩擦剪切力，剪切力过小，减阻剂分子长链不能伸长、取向，剪切力过大，减阻剂分子长链可能被“拉断”，在多次拉扯后，减阻剂分子长链的摩尔质量低于106；

三者缺一不可，必须同时存在，否则减阻剂对管道的减阻效果将不起作用。

3、如何增强减阻剂的减阻效果

减阻剂能否起到减阻作用，减阻效果的大小，主要取决于流场边界层内摩擦切应力的大小及分布状况。

由于管道内任一点处的摩擦剪切力与壁面剪切力成正比，且随其距管轴越远越大，因此，壁面剪切力是流体边界层摩擦剪切力的最大值，其变化可反映流体边界层摩擦剪切力的变化。

在小直径室内环道模拟大直径工业管道时，在油品物理性质相同但管径相差 N倍的情况下，室内环道试验得到的减阻效果与雷诺数放大 N倍后的工业管道相同。

4、减阻剂对原油的作用

目前使用的减阻剂产品主要是水基、醇基或油基减阻剂，它是将固体分散剂、增稠剂、表面活性剂等化学品加入到超低温粉碎的本体聚合物中，再通过高速搅拌而得到的一种浆状悬浮液。因为原油的组分非常复杂，除了碳、氢之外，还含有少量的氧、硫、氮等其他元素，其中既有液态的低烃类物质，也有胶质、沥青质和石蜡等重烃类物质。所以，添加少量的减阻剂并不会对原油的品质产生显著的影响。然而，由于油品为清洁、无杂质、低分子量轻烃，而减阻剂为高分子量碳氢化合物，且含有其他化学组分，因此，添加减阻剂可能会对油品质量造成影响，需在使用前进行评估。

首先对不同掺量的油品进行质量检验。任何一种油品，其质量参数都有一个标准区间，并且在出厂时都会有一个标准区间。由于减阻剂的注入量很小，因此，在添加量低于一定阈值的情况下，尽管添加量有所下降，但仍有可能满足使用要求，因此，只要在管道油中添加量低于这个阈值就可以使用。

减阻剂在分子长链中只含有碳和氢两种元素，它和成品油是同族的碳氢化合物，在使用之前，先用泵剪切使含剂的油品降解一段时间，这样就可以大大降低成品油的品质。减阻剂是减阻剂的重要组成部分，它是减阻剂的重要组成部分。油品管道用减阻剂应尽量避免使用会影响油品性能的化学物质。

5、减阻剂的注入要点

5.1减阻剂注入工具

输油管道的减阻剂注入体系大同小异。减阻剂采用倒料泵由包装容器送入搅拌箱，搅拌均匀，保持其流动均匀。打开排出阀，将减阻剂送入进料泵，提升主泵的吸气压力。用流量计记录并测定减阻的实际注入率及累积注入量。

5.2减阻剂注入的位置

减阻剂分子链必须比脉动微团的粒径大得多才能起到减阻作用；实验结果表明，减阻剂的摩尔质量必须大于106，减阻效果随着摩尔质量的增大而增大。因此，如何保证减阻剂在使用过程中不发生降解，是维持其减阻效果的关键。流体边界层（近壁面）具有较大的剪切率（速度梯度），而离心泵叶轮、滤网等近壁面的剪切率较高。其次是管道壁面发生局部变形的部位，如阀门，弯头，变径管道等；再有就是靠近直管断面的那一段。根据以上分析可知，在需减阻增输的管段中，注剂油不可承受输油泵、滤清器的强剪切，应尽量避免对管道部件、连接件，如弯头、阀门、变径管等进行注入。

6、结束语

在输油管道中使用减阻剂减阻或增输，是一种非工程性的技术措施，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；因此，应用减阻剂的工程投资相对较小，采用减阻措施可以简捷而迅速的达到减阻或增输目的。

参考文献

[1],李国平刘天佑等:高聚物减阻增输机理研究,油气运,2006,25(7)。

[2],江宏俊:流体力学,高等教育出版社(北京),1985。