減阻劑在輸油管道中的應用

李逢蘭(國家石油天然氣管網集團有限公司華南分公司廣西輸油一部，廣西 南寧 530022)

0 引言

液體在管道中流動時有兩種流動狀態，一種是層流，另一種是紊流，通常采用雷諾數(Re)來確定流動狀態。流體在管道中流動時受管道沿程阻力和局部阻力的影響，導致系統能量消耗，降低管道輸送能力和輸送效率。減阻劑是一種長鏈、高分子量聚合物，可降低摩擦壓力損失，提高烴類產品在管道中的流量，是油品管道輸送系統中的重要組成部分，可降低輸油管道運行的總能耗費用，提高管道輸送效率。

1 減阻劑的組成及減阻機理

減阻劑是高分子碳氧化合物聚合物，呈粘稠狀，屬于非牛頓流體。其中，油溶性減阻劑的分子結構呈線性長鏈，具有較強的柔彈性，常將油溶性減阻劑用于油品管道。

減阻劑按類型可分為水溶性和油溶性兩大類。水溶性減阻劑包括聚氧化乙烯、皂角籽、聚丙烯酰胺等，而油溶性減阻劑包括聚異丁烯、甲基丙烯酸酯、聚長鏈α-烯烴等。目前，油溶性減阻劑中應用效果較好的是聚α-烯烴類，其基本結構如圖1所示[1]。

圖1 聚α-烯烴類減阻劑結構示意圖

減阻的機理說法很多，目前尚無定論。常見的減阻假說有偽塑說、湍流脈動抑制說、粘彈說、有效滑移說、湍流抑制說等。

相關研究認為，減阻作用是—種特殊的湍流現象，減阻劑通過改變管道中流體的流動狀態來實現減阻作用[2]。減阻劑注入管道流體中后，呈連續相分散在流體中，依靠本身特有的粘彈性，分子長鏈沿流體流動方向自然拉伸，從而對流體微元的運動產生影響。減阻劑分子間的引力與流體微元產生的反作用力相互影響，減少了無用功的消耗，宏觀上得到了減少摩擦阻力損失的效果[3]。

另一種解釋是：在輸油管道中，由于受摩擦阻力的影響，流體流動表現為紊流狀態，造成管道輸量降低或能耗增加。在管道內注入減阻劑后，靠近管壁的層流底層和緩沖區面積增加，管道直徑截面上流體的紊流區域面積減少，如圖2所示，從而降低整個管線中流體的摩擦阻力[4]。

圖2 流體在管道中的流動結構變化示意圖

2 減阻劑的減阻作用

減阻劑注入油品后，能限制油品分子徑向運動，使其沿減阻劑長鏈分子方向運動(即沿管道方向運動)，有效減小油品的紊流程度。根據流體力學原理，層流趨勢越高，摩阻系數越小，減阻劑便是通過這種方式實現減阻、增輸的目的。

管道流體流動阻力的降低，實際上是摩阻系數的降低，因此減阻率可以表示為式(1)：

式中：λ0為未加減阻劑工況下的摩擦系數；λR為注入減阻劑后管道內油品流動的摩阻系數。

根據式(1)，通過計算注入減阻劑前后管道油品摩阻系數的變化，就能得到減阻率的數值。

潘子嶓等[5]針對減阻劑的減阻效果在撫鲅成品油管道進行了工業應用研究，研究結果表明：減阻劑對不同油品均有減阻效果。在93#汽油中添加10 mg/L的減阻劑時其減阻率為14.9%，添加15 mg/L的減阻劑時其減阻率達到18.7%；在0#柴油添加10 mg/L減阻劑時減阻率為23.3%，添加15 mg/L減阻劑時其減阻率達到27.7%。王力等[6]以化王復線成品油管道進行現場試驗，結果顯示減阻劑對0#柴油具有較好的減阻、增輸效果。化王復線在455.65 m3/h流量工況下，通過加注減阻劑B，減阻率最大可達54%。李海榮[4]則以海外某原油管道為研究對象，加入型號為A01的減阻劑濃度20 mg/L時，減阻率為23%；當減阻劑濃度增加至30 mg/L時，減阻率提高到37%。

從以上應用試驗可以看出，減阻劑在國內外輸油管道中均有應用，針對不同油品，加入減阻劑對輸油管道的減阻率均有一定的效果，但減阻效果存在明顯差異，其原因可能與減阻劑類型有關，后續應針對不同類型減阻劑的最佳使用效果進行系統化研究。

3 減阻劑的增輸作用

在輸油管道系統中，注入減阻劑后可以提高油品輸送量，滿足長距離輸送管道的要求。儀長原油管線采用添加減阻劑的方式進行了比對試驗[7]，在進出站壓力和壓差基本相同的情況下，添加10 mg/L減阻劑后單位時間輸油量增加了507 m3，輸量增幅為15.8%；適量提高減阻劑的濃度對油品增輸具有有益效果，當減阻劑濃度提高到15 mg/L時，單位時間輸油量增加了612 m3，輸量增幅達到19%左右。

4 減阻劑對成品油質量的影響

減阻劑在輸油管道運行中的減阻作用是一種物理作用效果。輸油管道中注入減阻劑后不會影響油品的質量，主要是因為減阻劑僅改變了管道中油品的流動狀態，并未與油品發生任何的化學反應[8]。林景麗[9]以某成品油管道的減阻劑進行試驗模擬，研究發現：減阻劑加注量過大且沒有被流體剪切的情況下才會影響油品質量，正常使用減阻劑時將不影響油品質量。戴福俊等[10]指出由于原油成分非常復雜，不僅含有液態低烴類物質，還含有石蠟、瀝青質等重烴類物質，注入少量減阻劑對原油質量不會產生影響。對于成品油，加入減阻劑劑量小于某一臨界值時則可以滿足要求使用。

5 減阻劑應用過程中遇到的問題及解決措施

5.1 減阻劑超期儲存可能會導致減阻劑“分層”現象

當桶內減阻劑在長時間儲存后，在使用前必須對減阻劑循環攪拌，直至減阻劑無明顯分層后再注入輸油管線。儲存有減阻劑的桶應置于陰涼和通風良好的場所，避免長期曝露于陽光下或與熱源接觸。攪拌時的觀察口必須牢固關封，以防污水、碎屑和烴類物質進入桶內，同時也可減少藥劑暴露于空氣對流中引起產品蒸發損耗。

5.2 減阻劑系統在使用過程中經常會有堵塞的現象

尤其是在天冷的時節，減阻劑堵塞的頻率更高。2018年某日，黎塘站監控到減阻劑流量下降到0 L/h，現場查看減阻劑桶內仍剩余大量減阻劑，初步判斷是減阻劑管路進氣打不上壓力，經過排氣后，減阻劑還是不能注入，出口壓力為0 kPa，經檢查發現注入泵入口壓力偏高，檢查人員當即判斷減阻劑管路堵塞，隨即停用減阻劑注入拆卸管路，發現管路內存有結塊的減阻劑，然后立即對管路進行吹掃。

5.3 日常減少減阻劑堵塞解決方法

5.3.1 做好減阻劑注入前的各項工作

每次啟動減阻劑注入輸油管線之前，使用空壓機吹氣，對減阻劑進行充分攪拌30 min以上，目測減阻劑均勻分布后停止吹掃。打開減阻劑的過濾器，對減阻劑系統過濾器內的雜質和結塊的減阻劑清理干凈后再進行注入輸油管線內。

5.3.2 使用保溫材料對減阻劑管路進行包裹

冬季寒冷時節，減阻劑系統的管路因為氣溫低會結塊在管線內。冷天來臨前，使用保溫材料對減阻劑系統的管路進行包裹，減少低氣溫對減阻劑的影響，減低減阻劑結塊的幾率。

5.3.3 定期對減阻劑管路進行吹掃

減阻劑長期使用，管路內也會殘留有少許結塊和雜質，需要定期對減阻劑管路進行吹掃。吹掃前，暫停減阻劑使用，拆卸減阻劑管路，使用空壓機對管線進行吹掃；拆卸管路時應注意管路的位置，避免回裝錯誤影響使用。

6 結語

隨著人們對石油需求量的日益增長，管道輸油工作量變得愈發繁重。減阻劑的應用能增加管道的輸量，降低輸油能耗，提高管道輸送經濟效益。在輸油管道上應用減阻劑是大勢所趨，加大對減阻劑生產工藝及減阻機理的研究探索，降低減阻劑的生產成本，提高減阻劑的減阻率和增輸率，是輸油管道工業發展的必然選擇。