减阻剂在输油管道中的应用

李逢兰(国家石油天然气管网集团有限公司华南分公司广西输油一部，广西 南宁 530022)

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。目前，油溶性减阻剂中应用效果较好的是聚α-烯烃类，其基本结构如图1所示[1]。

图1 聚α-烯烃类减阻剂结构示意图

减阻的机理说法很多，目前尚无定论。常见的减阻假说有伪塑说、湍流脉动抑制说、粘弹说、有效滑移说、湍流抑制说等。

相关研究认为，减阻作用是—种特殊的湍流现象，减阻剂通过改变管道中流体的流动状态来实现减阻作用[2]。减阻剂注入管道流体中后，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)：

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的变化，就能得到减阻率的数值。

潘子嶓等[5]针对减阻剂的减阻效果在抚鲅成品油管道进行了工业应用研究，研究结果表明：减阻剂对不同油品均有减阻效果。在93#汽油中添加10 mg/L的减阻剂时其减阻率为14.9%，添加15 mg/L的减阻剂时其减阻率达到18.7%；在0#柴油添加10 mg/L减阻剂时减阻率为23.3%，添加15 mg/L减阻剂时其减阻率达到27.7%。王力等[6]以化王复线成品油管道进行现场试验，结果显示减阻剂对0#柴油具有较好的减阻、增输效果。化王复线在455.65 m3/h流量工况下，通过加注减阻剂B，减阻率最大可达54%。李海荣[4]则以海外某原油管道为研究对象，加入型号为A01的减阻剂浓度20 mg/L时，减阻率为23%；当减阻剂浓度增加至30 mg/L时，减阻率提高到37%。

从以上应用试验可以看出，减阻剂在国内外输油管道中均有应用，针对不同油品，加入减阻剂对输油管道的减阻率均有一定的效果，但减阻效果存在明显差异，其原因可能与减阻剂类型有关，后续应针对不同类型减阻剂的最佳使用效果进行系统化研究。

3 减阻剂的增输作用

在输油管道系统中，注入减阻剂后可以提高油品输送量，满足长距离输送管道的要求。仪长原油管线采用添加减阻剂的方式进行了比对试验[7]，在进出站压力和压差基本相同的情况下，添加10 mg/L减阻剂后单位时间输油量增加了507 m3，输量增幅为15.8%；适量提高减阻剂的浓度对油品增输具有有益效果，当减阻剂浓度提高到15 mg/L时，单位时间输油量增加了612 m3，输量增幅达到19%左右。

4 减阻剂对成品油质量的影响

减阻剂在输油管道运行中的减阻作用是一种物理作用效果。输油管道中注入减阻剂后不会影响油品的质量，主要是因为减阻剂仅改变了管道中油品的流动状态，并未与油品发生任何的化学反应[8]。林景丽[9]以某成品油管道的减阻剂进行试验模拟，研究发现：减阻剂加注量过大且没有被流体剪切的情况下才会影响油品质量，正常使用减阻剂时将不影响油品质量。戴福俊等[10]指出由于原油成分非常复杂，不仅含有液态低烃类物质，还含有石蜡、沥青质等重烃类物质，注入少量减阻剂对原油质量不会产生影响。对于成品油，加入减阻剂剂量小于某一临界值时则可以满足要求使用。

5 减阻剂应用过程中遇到的问题及解决措施

5.1 减阻剂超期储存可能会导致减阻剂“分层”现象

当桶内减阻剂在长时间储存后，在使用前必须对减阻剂循环搅拌，直至减阻剂无明显分层后再注入输油管线。储存有减阻剂的桶应置于阴凉和通风良好的场所，避免长期曝露于阳光下或与热源接触。搅拌时的观察口必须牢固关封，以防污水、碎屑和烃类物质进入桶内，同时也可减少药剂暴露于空气对流中引起产品蒸发损耗。

5.2 减阻剂系统在使用过程中经常会有堵塞的现象

尤其是在天冷的时节，减阻剂堵塞的频率更高。2018年某日，黎塘站监控到减阻剂流量下降到0 L/h，现场查看减阻剂桶内仍剩余大量减阻剂，初步判断是减阻剂管路进气打不上压力，经过排气后，减阻剂还是不能注入，出口压力为0 kPa，经检查发现注入泵入口压力偏高，检查人员当即判断减阻剂管路堵塞，随即停用减阻剂注入拆卸管路，发现管路内存有结块的减阻剂，然后立即对管路进行吹扫。

5.3 日常减少减阻剂堵塞解决方法

5.3.1 做好减阻剂注入前的各项工作

每次启动减阻剂注入输油管线之前，使用空压机吹气，对减阻剂进行充分搅拌30 min以上，目测减阻剂均匀分布后停止吹扫。打开减阻剂的过滤器，对减阻剂系统过滤器内的杂质和结块的减阻剂清理干净后再进行注入输油管线内。

5.3.2 使用保温材料对减阻剂管路进行包裹

冬季寒冷时节，减阻剂系统的管路因为气温低会结块在管线内。冷天来临前，使用保温材料对减阻剂系统的管路进行包裹，减少低气温对减阻剂的影响，减低减阻剂结块的几率。

5.3.3 定期对减阻剂管路进行吹扫

减阻剂长期使用，管路内也会残留有少许结块和杂质，需要定期对减阻剂管路进行吹扫。吹扫前，暂停减阻剂使用，拆卸减阻剂管路，使用空压机对管线进行吹扫；拆卸管路时应注意管路的位置，避免回装错误影响使用。

6 结语

随着人们对石油需求量的日益增长，管道输油工作量变得愈发繁重。减阻剂的应用能增加管道的输量，降低输油能耗，提高管道输送经济效益。在输油管道上应用减阻剂是大势所趋，加大对减阻剂生产工艺及减阻机理的研究探索，降低减阻剂的生产成本，提高减阻剂的减阻率和增输率，是输油管道工业发展的必然选择。