淺析減阻劑在輸油管道運行中的減阻節能作用

摘 要：在原油和成品油管道中添加減阻劑，是輸油系統降低管道能力消耗，提升特定地段管道流通能力的重要措施之一。文章介紹了減阻劑的減阻機理，并通過國外輸油管道應用實例闡述了減阻劑在輸油管道中減阻和增輸的用途，分析了在輸油管道上應用減阻劑的優勢。

關鍵詞：減阻劑；輸油管道；減阻；增輸

引言

流體在管道中流動與管壁產生摩擦阻力，導致系統能量消耗，降低管道輸送量。通過在輸送的流體中添加高分子聚合物，在紊流狀態下減小流動阻力從而降低能量消耗的方法稱之為高聚物減阻法。用于降低流體流動阻力的高聚物化合物稱為減阻劑（drag reducing agent），簡稱DRA。減阻劑是油品管道輸送系統中的重要組成，在提高管道輸送能力和降低能量消耗方面發揮著重要作用。

1 減阻劑的減阻機理

減阻劑通過改變管道中流體的流動狀態，具體通過影響湍流場的宏觀表現來實現減阻作用。減阻作用只是單純的物理作用，減阻劑不與油品物質發生化學反應，所以不影響油品的化學性質，只對其流動特性產生影響。

減阻劑進入流體中后，由于其具有粘彈性，分子鏈沿流體流向方向自然伸展，從而對流體分子的運動產生影響。減阻劑分子受到流體分子徑向作用力，發生扭曲變形的同時，因其分子間引力而對流體分子產生反作用力。受到該反作用力的影響，流體分子作用力方向和大小發生改變，一部分徑向作用力轉變為順流向的軸向作用力，無用功的消耗降低，宏觀上起到減少摩阻損失的作用。

2 輸油管道應用減阻劑后的減阻與增輸

2.1 減阻劑減阻與增輸的含義

在管道輸油過程中加入減阻劑，產生的影響有兩個方面：（1）降低能量損耗。在原定輸量一定的情況下，流體摩擦阻力降低，減少管道沿程壓力損失，輸送泵能耗降低，不僅節約了能量，還可以改換成揚程較低的泵輸油。（2）增加輸送量。在原定壓力一定的情況下，流體摩擦阻力降低，從而使得管道輸送量得以增加。一般情況下，在管道中使用減阻劑的主要原因是為了增加管道的輸送量。

2.2 輸油管道應用的減阻劑

2.2.1 減阻劑的組成

減阻劑的化學組成是高分子碳氧化合物聚合物，外觀粘稠，屬非牛頓流體。其中，應用于油品減阻增輸用途的減阻劑為油溶性減阻劑，分子結構主要呈線性長鏈結構，具有較大柔彈性。呈螺旋結構的分子鏈柔彈性更大；分子量一般要求在106以上。

2.2.2 減阻劑的特性規格和使用要求

減阻劑為高分子聚合物，分子結構呈長鏈狀。分子量較高，一般要大于等于5×104，105以上最好；與油品有良好的相溶性。

應用于輸油管道中減阻劑要具有如下特點：減阻效率高，添加量小，綜合成本較低。減阻劑具有良好的抗剪切能力和穩定性，不會再儲運和使用過程中發生明顯降解；對油品加工和油品質量沒有負面作用。

2.3 減阻劑的應用和減阻增輸效果

2.3.1 輸油管道中減阻劑的適用情況

在現階段，減阻劑主要作為一種臨時的、應急性的或特殊用途的處理手段而應用于以下情況：（1）輸油工作的季節性波動；（2）暫時性的輸油高峰期；（3）因市場需求而臨時增加的輸送量（常見于國外情況）；（4）因短時間無法實現或不計劃實施的管道擴建而導致的超限輸送；（5）順序輸送多種油品時，為提高全管道輸送效率，對某種油品實施減阻輸送；（6）對管道瓶頸部位予以減阻或增輸處理；（7）在沙漠、沼澤、高寒等地區，由于地質條件不適合管道施工，為減少泵站建設而采用減阻處理。有時海底管道為對比復線方案，也采用減阻措施；（8）軍事領域中，油品的快速裝填與運輸；（9）其它可能采用減阻技術的情況。

2.3.2 減阻劑的使用條件

（1）要保障對輸送油品的減阻作用，減阻劑必須連續使用；（2）要防止管道咀處油泵、管件、孔板等對減阻劑的剪切作用；（3）要注意不同管徑大小的管道對減阻劑使用效果的影響。部分減阻劑的使用效果受管徑大小影響明顯。在小管徑上得到的試驗結果，在大管徑上不一定適用，甚至管徑大到一定程度時，減阻效果接近于零。

2.3.3 使用減阻劑的經濟性

使用減阻劑減阻或增輸，無需對原輸油管道進行改建擴建，更換輸油設備就可以滿足輸送要求，具有操作簡便，效果明顯，成本低廉，經濟效益好的優點。

3 減阻劑在國內外輸油管道中的應用實例

國外方面，美國橫貫阿拉斯加的原油管道，通過使用減阻劑，實際建設的泵站數量比原設計方案減少六分之一，日輸油量增加71.4%。英國北海油田某管道，通過在輸油高峰時使用減阻劑，將輸油管徑降低14.22%，大幅降低了建設成本。美國西南部一條200mm口徑的成品油管道通過使用減阻劑，成功解決了夏季汽油輸量增大時1lkm管道阻塞問題，使用減阻劑后，管道摩擦阻力下降40%，輸量增大28%。

國內方面，某美國公司生產的減阻劑先后在鐵大線、東黃線、濮臨線上進行試驗并取得了成功。另外，鐵大線在現場試驗成功的基礎上，在沈陽、熊岳和復縣3個站段使用減阻劑，累計投放時長79天，添加量97m3。全線增輸原油17多萬噸，極大地緩解了鐵大線外輸壓力，為支持國家經濟建設作出了重大貢獻。

4 在輸油管道上應用減阻劑的意義

經過長年的研究積累，減阻劑技術基本成熟，目前已經大量投放到市場。現階段的減阻劑具有以下特點：使用量少，減阻效果好；本身抗剪切能力強，可有效防止儲運和使用過程中發生降解；與油品接觸不發生化學反應，對油品加工和油品質量無負面影響；使用方便，設備簡單；國內已經實現規模化生產；應用范圍廣，無論是在新設計管線還是已有管道中使用減阻劑，均能發揮良好的減阻增輸效果，產生較好的經濟效益和社會效益。

在輸油管道上應用減阻劑主要有以下幾方面的積極意義：（1）大幅降低管道建設投資。管道的年輸量是設計新管線的一個重要參考依據，但由于影響因素復雜多變，年輸量無法精確預計。比如油田儲量測算結果的準確程度、市場變化導致管道輸油量和油品種類發生改變等因素都會造成管道年輸量在較大范圍內發生波動。針對這種情況，可以按照相對經濟的條件進行設計，然后使用減阻劑來解決實際應用中超出設計范圍的情況。這樣一來，可以有效減小管道設計管徑、調低泵站建設規模從而實現大幅降低管線建設投資的目的。（2）在維持現有管道設備條件的情況下，使用減阻劑提高輸送效率。尤其是在瓶頸部位，使用減阻劑的效果非常明顯，可以提高全管道的輸送能力，達到多輸快輸的要求。（3）使用減阻劑可以減少長距離輸送對泵站的需求，不僅可以降低輸送能耗和操作成本，而且可以在不停輸狀態下對泵機組或泵站進行檢修維護、更新改造，使得維修改造成本也有所下降。此外，使用減阻劑可以減少惡劣環境下的泵站建設數量，減少工作人員。（4）使用減阻劑可以在不影響輸送效率的前提下降低管道工作壓力，從而提高管道運營的安全可靠性。我國東部輸油管網由于多年運行，管道內外腐蝕嚴重，管道耐壓能力大幅下降，給運營安全造成了重大威脅。通過使用減阻劑，輸送管道壓力大幅減低，為系統運行安全提供了重要保障。

減阻劑作為高效短期應急措施在油品管道運輸領域獲得廣泛應用。對于有長期增輸需要的管道來說，使用減阻劑用量太大，經濟成本很高，同時由于增設減阻劑注入設備，使得系統更加復雜，日常管理和維護成本增加。所以是否使用減阻劑要根據具體情況研究決定，不能盲目決策。從長遠角度上看，在輸油管道上應用減阻劑是大勢所趨，加大對減阻劑應用的研究探索，是我國管道工業發展的必然選擇。

參考文獻

[1]楊揚，史占華，韓飛，等.輸油泵站節能的理論分析與實踐[J].油氣儲運，2009，28（9）：36-38.

[2]張維志，王蘭花，潘艷花，等.長輸熱油管道運行優化技術[J].石油工程建設，2010，36（2）：92-95.