试析天然气减阻剂的合成及雾化减阻性能测试装置的设计

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1、山东大学硕士学位论文天然气减阻剂的合成及雾化减阻性能测试装置的设计姓名：赵宁申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：张长桥20070515山东大学硕士学位论文摘要由于世界能源结构的变化，天然气将在国际能源结构中扮演越来越重要的角色．目前，天然气的主要运输方式为管道输送，随着世界对天然气这种优质清洁能源和燃料需求量的不断增长和大批边远气田的开发，世界天然气长输管道得到了迅速发展，天然气长输技术得到了很大提高，长运距大管径和高压力管道是当今世界天然气管道发展的主流。对气体管道输送来说，气体在管道中的压力损失是一个必须考虑的问题。对气体管道输送来说，气体在管道中的压力损失是一个必须考虑的问题。当

2、气体处于湍流区，尤其是高雷诺数区时，由于湍流和其他一些无规则运动的存在，气体能量损失而导致的压力损失要大的多，而管壁粗糙度是造成涡流的主要原因。因此，采用降低输气管道粗糙度的方法来降低压力损失成为增加输气流量的主要手段。目前，国内外普遍采用管道内涂层减阻技术来降低管壁粗糙度，并取得了很好的技术效果和良好的经济效益，但管道内涂层减阻技术施工设备复杂、费用较高，且随时间延长由于内涂层不断脱落减阻效果逐渐降低甚至产生负效应，同时对原有非涂层管道，由于建设费用等问题，无法施实。直接注入天然气减阻剂技术是针对管道内涂层减阻技术而提出的；另一类方法，其具有广阔的应用前景。20世纪90年代，美国率先进行了

3、天然气减阻剂减阻技术的研究，并在实际输气管道中进行了应用实验，取得了初步效果。该技术是将具有表面活性剂性质的被称作天然气减阻剂的化学品定期注入天然气管道中，通过极性端对钢铁表面的吸附，形成弹性分子薄膜，达到降低管壁粗糙度实现减阻的目的。本文综述了国内外天然气管道发展的技术现状及趋势，着重分析了天然气管道内涂层减阻技术、减阻剂减阻技术剂及管线加注工艺，介绍了开展天然气减阻剂减阻技术研究的意义以及可能存在的问题。在减阻剂减阻技术中，总结归纳了天然气减阻剂减阻机理，指出构成天气减阻剂的主要物质应具有类似表面活性剂的结构，具有极性和非极性基团，极性基团一端粘附在管道内壁上，非极性基团一端在管壁与流动

4、气体之间形成气一固界面，且该物质山东大学硕士学位论文最好是气体或能雾化的液体，有足够小直径的分子，能够进入或填充管壁上的“凹谷”．而输气管线的缓蚀剂、防冻剂加注工艺对研究减阻剂加注工艺、建立和完善减阻性能测试装置及减阻剂实地应用有重要的启示意义．根据天然气减阻剂减阻机理，设计并合成了五种具有减阻潜能、易于雾化的低聚物：杂环低聚物I、杂环低聚物II、杂环低聚物Ⅲ、低聚物Ⅳ、低聚物V。用红外光谱图表征了所合成的目的产物，并用红外跟踪法分析了各反应的反应机理，通过优化实验详细探讨了各种反应条件对低聚物的影响，给出了最佳合成条件。选用适当溶剂分别制备了五种低聚物在钢片表面的吸附膜，并用SEM技术观察

5、了五种化合物在钢片表面成膜情况，它们明显降低了原钢铁表面的粗糙度，具有潜在的减阻性能。与课题组前期合成产品比较，低聚物具有易于雾化的优点。充分雾化后的减阻剂液滴直径小而且均匀，易被天然气所携带，并依靠天然气的紊动扩散作用而均匀地“涂抹”在管道内壁上，进而形成均匀的减阻膜．因此，在原天然气减阻荆性能测试装置的基础上，初步设计了天然气减阻剂雾化装置和雾化减阻效率测试装置。操作流程变为：原成膜装置中，对实验管道进行内表面的清洗处理；而后将实验管道安装到环道试验装置上，通过天然气雾化注入装置成膜后进行减阻效率的测定。整个设计部分给出了设计目的、设计的思路、参数选取方法、操作条件等，为天然气减阻剂的考

6、察评价乃至天然气减阻剂的实际应用打下了基础．关键词：天然气管道减阻剂；低聚物；雾化性能；减阻性能；雾化装置H山东大学硕士学位论文ABSTRACTAsaresultofthechangeofworldenergystructure，andthenaturalgaswillplayallincreasinglyimportantroleintheinternationalenergystructure．Atpresent，themaingastransportationmodeispipelinetransportation，．Withthegrowingdemandforthenaturega

7、sthatisseemedascleanenergyandfuelandalargenumberofremotegasfieldexploited，gastransmissionpipelinehasbeendevelopingrapidly,andthetechnologyofgastransmissionhasbeangreatlyimproved，SOthelong—distance，big—diame