淺談原油管道系統(tǒng)摩擦阻的化學(xué)控制

淺談原油管道系統(tǒng)摩擦阻的化學(xué)控制

1摩擦阻力導(dǎo)致水壓降耗隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會對石油產(chǎn)品的需求越來越強(qiáng)，原油通過管道輸送也顯著增加。而原油本身就是一個黏度較高的物質(zhì),其在輸油管道中的流動狀態(tài)被摩擦阻力嚴(yán)重受到限制,造成能量消耗增加、管道輸量降低。在這種情況下,采用少量的化學(xué)添加劑來有效降低管道系統(tǒng)的摩阻,對于加速原油開發(fā)利用、安全輸送、節(jié)約投資、節(jié)約能源消耗、提高輸送量具有極為重要的作用和意義,而這種能夠有效降低流體流動阻力的化學(xué)添加劑被稱為減阻劑,本文就減阻劑在輸油管道運行中的減阻節(jié)能與增輸作用進(jìn)行探討。2減阻劑的作用機(jī)制減阻作用是一個純物理作用,也是—種特殊的湍流現(xiàn)象。減阻劑分子一般只與流動特性息息相關(guān),而對于油品的化學(xué)性質(zhì)不會造成影響,也不會與油品分子發(fā)生作用。輸油管道運行中加入減阻劑,減阻劑利用本身的粘彈性來對流體微元運動造成影響。在減阻劑微元上作用來自流體微元的徑向作用力,使減阻劑微元發(fā)生扭曲變形。減阻劑分子間引力抵抗上述作用力反作用于流體微元,改變了流體微元作用力的大小和方向,使一部分徑向力轉(zhuǎn)變?yōu)轫樍飨虻妮S向力,從而減少無用功的消耗,宏觀上起到減少摩阻損失的作用。使用減阻劑在很大程度上是為了增輸,這是由于在既定壓力保持不變的前提下,輸油管道的油品輸量會隨著油流摩阻降低而大幅度增加。在輸油管道運行中,注入的減阻劑必須滿足以下條件:對油品質(zhì)量和油品加工不會造成不利影響;在使用過程和儲運過程中都不會出現(xiàn)明顯的降解;具有較強(qiáng)的抗剪切能力;務(wù)必要體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)效益最大化的特點,加入量要少,減阻效率要高。3減阻效果保證在用量很少的情況下,減阻劑,尤其是高聚物減阻劑也能夠達(dá)到很好的減阻效果。減阻劑的減阻效果與其鏈的結(jié)構(gòu)、分子量分布等息息相關(guān),但是一般來說,減阻劑的可溶性越好、分子量越大,那么就越能夠在輸油管道中取較好的減阻效果。3.1分子鏈具有柔性很多高聚物減阻劑的分子鏈都是螺旋型結(jié)構(gòu)或者線性結(jié)構(gòu),且具有柔性,分子鏈還大多還有一定的支鏈。減阻率受支鏈的分布、數(shù)量、長度影響較大。在高聚物分子主鏈上接上少量長支鏈,那么減阻劑的減阻效果會大幅度增強(qiáng);而接上短支鏈后,則會降低。3.2減阻劑的量分布幾乎所有的高聚物減阻劑都有分子量分布,分子量分布與減阻劑的減阻效果在一定的條件下具有極為重要的關(guān)系。目前認(rèn)為:試樣的高分子量部分與減阻率有關(guān);高聚物的平均分子量與減阻率有關(guān)。3.3減阻劑的選擇及用量對于減阻劑的減阻性能而言,高聚物分子量是影響其性能好壞的重要參數(shù)之一。減阻率與分子量呈正比,分子主鏈鏈節(jié)數(shù)的15次方又與減阻效果成正比,且減阻劑的分子量要達(dá)到百萬以上才有可能取得較為有效的減阻效果。在高濃度下,低分子量的減阻劑才能夠獲得較高的減阻率;而在較低的濃度下,高分子量的減阻劑就可以獲得較高的減阻率。但值得注意的是,減租劑要求大分子量,主鏈越長減租效果越好,但同時導(dǎo)致減租劑的抗剪切能力會隨著分子量增大(主鏈增長)而越來越弱,也就是大量的剪切可能導(dǎo)致效果明顯下降,例如大量的攪拌。另外如果輸原油管道,很有可能存在內(nèi)壁積臘現(xiàn)象,導(dǎo)致管輸半徑減小,輸量自然會下降,另外,原油含水高的話,減租效果也會降低:4減阻劑減阻增輸國外最早在輸油管道上使用減阻劑的國家是美國。美國將減阻劑應(yīng)用到橫貫阿拉斯加的原油輸送管道上,效果極好,管道摩擦阻力下降40%,日輸油量增加到38.16×104m3,而在未使用減阻劑的時候日輸油量僅為22.26×104m3,而泵站也從原來的12座減為10座,減少了2座泵站。國外生產(chǎn)減阻劑的代表企業(yè)是美國的大陸石油公司和貝克休斯公司,他們的產(chǎn)品基本上代表了目前世界上減阻劑生產(chǎn)工藝的最高水平和發(fā)展方向。而我國最早是在濮臨線、東黃線、鐵大線等多條輸油管道上應(yīng)用CDR102減阻劑(由美國Conoco公司生產(chǎn))進(jìn)行試驗,并取得了較好的應(yīng)用效果。而后,越來越多的輸油管道都采用了減阻劑減阻增輸技術(shù)。由中石油管道公司科技中心獨立研制成功了EP系列高效減阻劑。該減阻劑是一種可廣泛應(yīng)用于原油和成品油管線的化學(xué)添加劑,可方便地提高管道輸量、降低管線壓力,提高了管道運行安全系數(shù),其減阻性能指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平,成功填補了國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域的空白。該技術(shù)的創(chuàng)研成功,使我國在減阻劑生產(chǎn)和應(yīng)用等方面進(jìn)入了世界先進(jìn)行列。我們以長慶油田輸油二處為例,面對陜北、隴東油區(qū)原油產(chǎn)輸矛盾,為降低慶咸首站30萬噸儲油罐高庫存狀況,長慶油田輸油二處狠抓現(xiàn)場管理,在生產(chǎn)過程中成功應(yīng)用減阻劑提高輸油生產(chǎn)能力。截至目前,該處慶咸管道泵運行輸量已由460m3/h提高到660m3/h,獲得平均增輸43.5%的顯著效果。2011年7月初,該處生產(chǎn)運行科組織專業(yè)人員通過不斷分析總結(jié)長輸管道運行情況,科學(xué)控制、使用國外進(jìn)口的減阻劑,有效實現(xiàn)了短期內(nèi)迅速提高管道輸量,降低庫存的生產(chǎn)目標(biāo),利用減阻劑降低管道的運行壓力和輸油設(shè)備負(fù)荷,可有效提高輸送量,節(jié)約能源和投資,加速原油的開發(fā)利用。同時,為確保大輸量下的管道安全運行、檢驗減阻劑添加效果,定期加大崗位操作人員培訓(xùn)力度,學(xué)習(xí)添加減阻劑的具體操作步驟、加減阻劑的注意事項、所加減阻劑的計量方法等相關(guān)知識,并及時檢查、記錄、匯報運行參數(shù)。為輸油生產(chǎn)安全平穩(wěn)運行奠定了基礎(chǔ)。該處還先后在靖馬管線的劉坪、