天然氣減阻劑的合成及霧化減阻性能測(cè)試裝置的設(shè)計(jì).pdf

1、由于世界能源結(jié)構(gòu)的變化，天然氣將在國際能源結(jié)構(gòu)中扮演越來越重要的角色。目前，天然氣的主要運(yùn)輸方式為管道輸送，隨著世界對(duì)天然氣這種優(yōu)質(zhì)清潔能源和燃料需求量的不斷增長(zhǎng)和大批邊遠(yuǎn)氣田的開發(fā)，世界天然氣長(zhǎng)輸管道得到了迅速發(fā)展，天然氣長(zhǎng)輸技術(shù)得到了很大提高，長(zhǎng)運(yùn)距大管徑和高壓力管道是當(dāng)今世界天然氣管道發(fā)展的主流。 對(duì)氣體管道輸送來說，氣體在管道中的壓力損失是一個(gè)必須考慮的問題。對(duì)氣體管道輸送來說，氣體在管道中的壓力損失是一個(gè)必須考慮的問題

2、。當(dāng)氣體處于湍流區(qū)，尤其是高雷諾數(shù)區(qū)時(shí)，由于湍流和其他一些無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的存在，氣體能量損失而導(dǎo)致的壓力損失要大的多，而管壁粗糙度是造成渦流的主要原因。因此，采用降低輸氣管道粗糙度的方法來降低壓力損失成為增加輸氣流量的主要手段。目前，國內(nèi)外普遍采用管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)來降低管壁粗糙度，并取得了很好的技術(shù)效果和良好的經(jīng)濟(jì)效益，但管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)施工設(shè)備復(fù)雜、費(fèi)用較高，且隨時(shí)間延長(zhǎng)由于內(nèi)涂層不斷脫落減阻效果逐漸降低甚至產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，同時(shí)對(duì)原有非涂

3、層管道，由于建設(shè)費(fèi)用等問題，無法施實(shí)。 直接注入天然氣減阻劑技術(shù)是針對(duì)管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)而提出的；另一類方法，其具有廣闊的應(yīng)用前景。20世紀(jì)90年代，美國率先進(jìn)行了天然氣減阻劑減阻技術(shù)的研究，并在實(shí)際輸氣管道中進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，取得了初步效果。該技術(shù)是將具有表面活性劑性質(zhì)的被稱作天然氣減阻劑的化學(xué)品定期注入天然氣管道中，通過極性端對(duì)鋼鐵表面的吸附，形成彈性分子薄膜，達(dá)到降低管壁粗糙度實(shí)現(xiàn)減阻的目的。 本文綜述了國內(nèi)外天然氣

4、管道發(fā)展的技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)，著重分析了天然氣管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)、減阻劑減阻技術(shù)劑及管線加注工藝，介紹了開展天然氣減阻劑減阻技術(shù)研究的意義以及可能存在的問題。在減阻劑減阻技術(shù)中，總結(jié)歸納了天然氣減阻劑減阻機(jī)理，指出構(gòu)成天氣減阻劑的主要物質(zhì)應(yīng)具有類似表面活性劑的結(jié)構(gòu)，具有極性和非極性基團(tuán)，極性基團(tuán)一端粘附在管道內(nèi)壁上，非極性基團(tuán)一端在管壁與流動(dòng)氣體之間形成氣—固界面，且該物質(zhì)最好是氣體或能霧化的液體，有足夠小直徑的分子，能夠進(jìn)入或填充管壁上的

5、“凹谷”。而輸氣管線的緩蝕劑、防凍劑加注工藝對(duì)研究減阻劑加注工藝、建立和完善減阻性能測(cè)試裝置及減阻劑實(shí)地應(yīng)用有重要的啟示意義。根據(jù)天然氣減阻劑減阻機(jī)理，設(shè)計(jì)并合成了五種具有減阻潛能、易于霧化的低聚物：雜環(huán)低聚物Ⅰ、雜環(huán)低聚物Ⅱ、雜環(huán)低聚物Ⅲ、低聚物Ⅳ、低聚物Ⅴ。用紅外光譜圖表征了所合成的目的產(chǎn)物，并用紅外跟蹤法分析了各反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)詳細(xì)探討了各種反應(yīng)條件對(duì)低聚物的影響，給出了最佳合成條件。選用適當(dāng)溶劑分別制備了五種低聚物在

6、鋼片表面的吸附膜，并用SEM技術(shù)觀察了五種化合物在鋼片表面成膜情況，它們明顯降低了原鋼鐵表面的粗糙度，具有潛在的減阻性能。與課題組前期合成產(chǎn)品比較，低聚物具有易于霧化的優(yōu)點(diǎn)。 充分霧化后的減阻劑液滴直徑小而且均勻，易被天然氣所攜帶，并依靠天然氣的紊動(dòng)擴(kuò)散作用而均勻地“涂抹”在管道內(nèi)壁上，進(jìn)而形成均勻的減阻膜。因此，在原天然氣減阻劑性能測(cè)試裝置的基礎(chǔ)上，初步設(shè)計(jì)了天然氣減阻劑霧化裝置和霧化減阻效率測(cè)試裝置。操作流程變?yōu)椋涸赡ぱb置