減阻劑加注是一種重要的天然氣管道增輸技術(shù)，加注減阻劑克服了管道內(nèi)涂層使用壽命短、易脫落、不可再次涂覆、無法應(yīng)用于舊管道和施工復(fù)雜等缺點(diǎn)，可有效提高輸送量，并能保證管線的安全運(yùn)行。

    天然氣的主要運(yùn)輸方式是管道輸送，對天然氣管道實(shí)施減阻可以實(shí)現(xiàn)：

    1）降低管道的摩擦阻力，提高內(nèi)壁光滑程度，提高管道輸送效率，減少能量損失；

    2）提高輸量彈性，在不影響工藝條件的前提下，可以調(diào)節(jié)管道輸送量，滿足不同季節(jié)和不同地區(qū)的需求；

    3）降壓而不降低輸量運(yùn)行，在保證輸氣量不變的情況下，降低輸送壓力，對于出現(xiàn)腐蝕或損傷的長期運(yùn)行的管道，可減少事故發(fā)生；

    4）具有防止管道內(nèi)腐蝕等輔助功能。

    1 天然氣管道減阻技術(shù)

    1.1減阻的原因

    為提高天然氣輸送管道輸量有兩種主要辦法：一是提高泵壓，管道輸量隨之提高，這是常用方法；二是減小流體沿管道流動的摩擦阻力，在泵壓不變的情況下提高管道輸量，這是減阻增輸方法，其中最重要的手段是應(yīng)用內(nèi)涂層技術(shù)和管道化學(xué)添加劑。

緩蝕劑加注分配器安裝

    1.2減阻技術(shù)

    1.2.1內(nèi)涂層減阻技術(shù)

    若將涂料涂覆在管道內(nèi)壁且涂料厚度大于內(nèi)壁粗糙度，使內(nèi)壁表面變得光滑，則可以降低粗糙度，減少摩擦阻力，增加輸量，提高天然氣輸送效率。20世紀(jì)50年代后，內(nèi)涂層技術(shù)在天然氣長輸管道內(nèi)進(jìn)行了大規(guī)模應(yīng)用，應(yīng)用的管線見表1,廣泛應(yīng)用的涂層材料有環(huán)氧樹脂型涂料等。

    1.2.2天然氣減阻劑

    為了克服內(nèi)涂層減阻技術(shù)的不足，20世紀(jì)50年代，有研究者提出了氣體管道使用減阻劑的可能性，隨后許多研究者也致力于研究天然氣管輸減阻劑的作用機(jī)理。到目前為止，人們公認(rèn)的天然氣減阻劑機(jī)理為，利用具有表面活性劑性質(zhì)的化合物，其極性端與管道金屬內(nèi)表面牢固粘合，形成一層具有以下作用的有機(jī)薄膜：

    1）降低管道的絕對粗糙度，即光滑減阻（在管道內(nèi)壁，吸附層形成新的壁面，在管道粗糙凸起底部，減阻劑分子吸附堆積，填塞內(nèi)壁表面的凹陷和溝槽，從而降低粗糙度）；

    2）降低氣體的徑向脈動和粗糙凸起產(chǎn)生的脈動，同時減小渦流能量。

    根據(jù)減阻劑作用機(jī)理分析，天然氣減阻劑產(chǎn)品若要用于管道增輸，必須滿足如下要求：

    1）具有較強(qiáng)的吸附力，可穩(wěn)定吸附于管道內(nèi)壁；

    2）具有可以吸收氣體湍流能的柔性長鏈；

    3）具有適當(dāng)?shù)恼魵鈮汉腿芙庑裕嘴F化，且能在管道內(nèi)壁凝結(jié)吸附，形成連續(xù)穩(wěn)定的膜；

    4）對管道內(nèi)壁無腐蝕作用。

    由此可見，天然氣減阻劑的技術(shù)特點(diǎn)為：

    1）不受管道內(nèi)徑的約束，既可用于服役的舊管道，又可用于新建管道。

    2）可根據(jù)需要加注，一次性投入費(fèi)用低，能有效增強(qiáng)管道的輸送彈性，節(jié)省成本。

    天然氣減阻劑的應(yīng)用克服了費(fèi)用較高和施工復(fù)雜的內(nèi)涂層減阻方法的缺點(diǎn)，施工時只需選擇管道適合的位置，采用類似緩蝕劑霧化注入設(shè)備加入即可。

    3）采用間隔式連續(xù)注入方式，解決了內(nèi)涂層隨時間延長不斷脫落而使減阻效果逐漸降低，甚至產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)的難題，這一點(diǎn)尤為突出地表現(xiàn)在舊管道改造中。

    4）用量少且脫離速度慢，使得真正進(jìn)入天然氣中的減阻劑近于痕量，對天然氣氣質(zhì)的影響可忽略不計。

    5）保持相同壓力降，在氣體管道中，減阻劑的應(yīng)用可提高氣體流量10%~30%.

    2 減阻劑的合成進(jìn)展

    早在1956年，美國石油協(xié)會就提出氣體管道使用減阻劑的可能性。早期并沒有真正意義上的減阻劑，其主要來源于其他管道添加劑，如緩蝕劑、表面活性劑等。20世紀(jì)90年代，人們正式提出了天然氣減阻劑概念，方法是定期向天然氣管道內(nèi)注入表面活性劑類化合物，該化合物吸附于管道內(nèi)表面，形成彈性分子薄膜，降低管道內(nèi)壁粗糙度，達(dá)到減阻的目的。

    國外應(yīng)用的具有減阻效果的添加劑產(chǎn)品特點(diǎn)為減阻效果持續(xù)時間較長，輸氣量提高較大，兼有減阻和緩蝕功能。但國外產(chǎn)品在天然氣管道中形成的液膜過厚，長期使用會開裂，有脫落的負(fù)面影響，不利于解決管道內(nèi)表面粗糙度問題。目前國外已沒有相關(guān)報道，大多數(shù)天然氣管道仍然應(yīng)用內(nèi)涂層減阻技術(shù)。

    目前我國研發(fā)了5類10余種天然氣減阻劑樣品，主要可分為Mannich堿類、咪唑啉類、酰胺類、磷酸酯類和聚合物等。

    2.1Mannich堿類

    此類減阻劑的典型產(chǎn)品為苯乙酮二丁胺Mannich堿，

    2.2咪唑啉類

    此類減阻劑的典型產(chǎn)品為硬脂酸咪唑啉、油酸咪唑啉和松香酸咪唑啉等

    2.3酰胺類化合物

    此類減阻劑的典型例子為多酰胺基化合物

    2.4磷酸酯類

    化合物磷酸酯類化合物減阻劑產(chǎn)品，如AEO-9磷酸酯銨鹽（PPEM）、十八醇磷酸酯銨鹽（OPEM）

    2.5聚合物型

    此類減阻劑中，典型的產(chǎn)品包括乙烯基硅氧烷與乙烯基咪唑啉共聚物（VI-VTMS）

   3  結(jié)語

    天然氣減阻劑具有提高輸氣量、降低摩擦阻力的作用，對管輸工藝影響較小，且加注方便，是保障天然氣管道，特別是滿負(fù)荷管道安全運(yùn)行的有效途徑，但并不是適用于所有的天然氣管道。由于氣候原因，北方等地區(qū)對天然氣的輸送量需要進(jìn)行季節(jié)性調(diào)峰，加注減阻劑是很好的方法。化學(xué)化工企業(yè)追求的重要目標(biāo)之一是節(jié)能降耗，作為大型石油化工企業(yè)，中國石化有必要研發(fā)并應(yīng)用天然氣減阻劑，確保在輸送過程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

    為此給予幾點(diǎn)未來研究工作的建議：

    1）掌握并深入研究減阻機(jī)理，這對于合成和施工工藝是極其必要的，是研究減阻劑的前提，包括動力學(xué)模擬、分子力學(xué)和量子化學(xué)計算。

    2）開發(fā)復(fù)合極性端吸附、多柔性鏈且鏈長合適的天然氣減阻劑，以改進(jìn)目前現(xiàn)有產(chǎn)品的缺點(diǎn)，提高減阻增輸效果；

    3）對減阻劑性能評價方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，并全面、系統(tǒng)地表征減阻劑的性能。

    4）未來天然氣減阻劑要應(yīng)用于集輸管道和大口徑長輸管道中，應(yīng)針對大口徑管道加注工藝和現(xiàn)場檢測與評價開展探討。