油品减阻剂减阻机理及其效果预测研究现状
减阻表面活性剂的研究进展
第24卷第1期2007年1月精细化工 FI NE C H E M I CAL S Vo.l24,No.1 J an.2007 表面活性剂 减阻表面活性剂的研究进展* 乔振亮,熊党生 (南京理工大学材料科学与工程系,江苏南京 210094) 摘要:介绍了表面活性剂减阻的机理。探讨了影响表面活性剂减阻效果的各种因素,包括:表面活性剂与补偿离子的结构及其浓度、管路系统的直径、流体的温度和速度以及环境中的金属离子。论述了表面活性剂的减阻与传热效率之间的关系;并且讨论了在使用减阻表面活性剂的循环系统中提高传热效率的方法。总结了减阻表面活性剂的一般特点。预测了减阻表面活性剂的发展趋势。引用文献35篇。 关键词:表面活性剂;减阻;传热效率 中图分类号:TQ423.99 文献标识码:A 文章编号:1003-5214(2007)01-0039-05 Progress i n D rag R educi ng Surfactant R esearch Q I A O Zhen li a ng,X I O NG Dang sheng (D e p ar t m ent of M aterial Science and E ngineer i ng,N anjin g Universit y of Science and T echnology,N anjing210094,J iangsu,China) Abstract:The m echanis m of drag reduc i n g surfactant is i n troduced.M any facto rs i n fluenc i n g t h e effectiveness o f drag reducing surfactant are addressed,such as surfactan,t counteri o n,concentra ti o n, dia m eter of c ircu lati n g syste m s,te m perature and velocity o f the fl u i d,and i o ns inside the recircu lation syste m s.The re l a ti o nship bet w een drag reduction and heat transfer ab ility i s discussed,and m ethods of i m prov i n g the effic i e ncy of heat transfer i n the recircu lation syste m s conta i n ing the drag reduci n g surfactan t are a lso described.Co mm on characteristics of drag reduc i n g surfactant are su mm arized. F i n ally,t h e developm ent trend of drag reduc i n g surfactant is i n d icated.35references are c ited. Key w ords:surfactan;t drag reduction;heat transfer ab ility 19世纪80年代的石油危机引起了人们对减阻技术的普遍关注,继而这一技术迅速应用于各个行业。主动减阻是一种向紊流中添加少量添加剂,使流体摩擦力大大降低的方法。流体的紊流被改变或者受到抑制,便产生了减阻的效果。 一些少量的高分子聚合物和阳离子表面活性剂可以加在水中降低紊流阻力,研究发现,紊流流动阻力最高可以降低80%[1]。所以,这一技术在远距离流体输送、城市供热制冷等领域具有良好的应用前景。虽然一些水溶性的高分子也可以用来减阻,但是在有工业泵的系统中,如果用水溶性高分子就存在着机械降解的问题,并且降解后分子结构无法恢复,使减阻能力下降。表面活性剂受大的剪切应力作用也会发生机械降解,但是它可以自行修复[2]。因此,在有机械力的场合,多用表面活性剂来进行减阻。 用来减阻的表面活性剂有阳离子、阴离子、两性离子等。阴离子表面活性剂做减阻剂使用时,易与水中的钙、镁离子形成沉淀而影响减阻效果;阳离子表面活性剂做减阻剂对水质要求不高,有更广泛的使用范围;在加热系统中用两性减阻表面活性剂也是一种增加经济效益的很有前途的方法[3]。在实际使用中最常用的表面活性剂是阳离子型和两性离子型两类。减阻表面活性剂的特殊重要性,使它受到广泛关注,国内许多人都做了相关研究[4~7]。 本文综述了减阻表面活性剂的研究进展。 *收稿日期:2006-06-19;定用日期:2006-09-08 作者简介:乔振亮(1970-),男,河南省巩义市人,博士研究生,师从熊党生教授,主要从事生物材料、仿生减阻材料的研究,电话:025-********,E-m ai:l q i aozhen liang@126.co m。
高分子减阻剂减阻效果试验研究
高分子减阻剂减阻效果试验研究 指导老师：毛根海 实验成员：薛文洪一红 班级: 土木工程0101结构班 实验日期:2003年12月7日
高分子减阻剂减阻效果试验研究 流体流动存在阻力，产生流体能量损失。在管流中有管道阻力，如长距离输水、石油、天然气等，都必须在流经一定距离之后设置升压泵，以补充损失的能量。同样，在明渠输水、水面必须有水利坡降才能产生顺坡降方向的流动，在同坡降的情况，流动阻力越大，则流速越慢，过流能力越差。 若在水体中添加减阻剂，就能大大减少沿程阻力。这是减小水流沿程阻力的另一种新途径。减阻剂种类很多，不同减阻剂及添加量不同，其减阻效果也不一样。 由于客观条件的限制，我们此次通过“同一减阻剂在不同浓度下减阻效果”的比较，对减阻剂加入水体后的减阻效果进行定性、定量的了解。 本次实验采用的减阻剂是聚丙烯酰胺(又称PAM)，初配浓度为0.1%，室温（10o C左右）。采用沿程阻力试验装置进行测定（实验装置如图）。实验地点，土木系水利实验室。
聚丙烯酰胺，别名PAM ，是一种有机高分子聚合物，为玻璃状固体，溶于水，也溶于醋酸、乙二酸、甘油和胺 等有机溶剂。聚丙烯酰胺是重要的水溶性聚合物，而且兼具增稠性、絮凝性、耐剪切性、降阻性、分散性等宝贵性能。 一、试验数据及结果分析如下： 清水实验时:
加入 100ml 3
加入 700ml 0.1%PAM 溶液入水 箱: 各项常数：d=0.675cm L=85cm K=1.993 从如上的数据可以看出，PAM要起到减阻效果是有一定浓度限制的。浓度太小，减阻效果 不明显；浓度太大，反而会增阻。通过粘度计的测定，清水与各浓度溶液的粘度相差很小，（清 水时平均粘度为0.012，加入375ml溶液时平均粘度为0.013）。通过几组实验数据的对比可 得，相同沿程损失的情况下，PAM减阻效果最大的浓度出现在向水箱中加入375ml 0.1%溶液 左右，过流量增大，阻力粘制系数呈下降趋势。（加入400ml该溶液时，过流量已开始减小）。 通过各表的Re与λ关系比较可知，加入PAM后，相同Re下，λ有明显减小（曲线图待 补充），说明PAM起到了一定的减阻效果。同时该减阻剂在层流区几乎不起作用，在紊流区能 够起到一定的作用。但是需要指出的是，通过本次定量实验可以看出，PAM并不是一种十分有 效的减阻剂，虽然阻力粘制系数随PAM加入量的增加一直呈下降趋势，但是过流量的增加并 不显著。
表面活性剂最新研究进展
表面活性剂最新研究进展 人类的日常生活，各类生产活动，多种科学和技术的进步对表面活性剂品种和性能提出越来越高的要求，促使表面活性剂科学不断发展，迄今方兴未艾，表面活性剂已经深入到生命起源以及膜材料、纳米材料、对映体选择性的反应等各个领域中，设计新的有特殊用途和应用价值的表面活性分子仍不断受到人们的关注。新的功能型表面活型剂与附加的官能基团的性质和位置有密切关系, 对传统的表面活性剂分子结构的修饰会导致其结构形态有很大的变化，近几年国内外的相关研究单位在表面活性剂领域的最新研究进展主要有以下方面。 一、高分子表面活性剂 高分子表面活性剂的合成成为近年来表面活性剂合成研究的热点课题之一。高分子表面活性剂是相对一般常言的低相对分子质量表面活性剂而讲的，通常指相对分子质量大于1000且具有表面活性功能的高分子化合物。它像低分子表面活性剂一样，由亲水部分和疏水部分组成。高分子表面活性剂具有分散、凝聚、乳化、稳定泡沫、保护胶体、增溶等性质，广泛应用作胶凝剂、减阻剂、增黏剂、絮凝剂、分散剂、乳化剂、破乳剂、增溶剂、保湿剂、抗静电剂、纸张增强剂等。因此，高分子表面活性剂近年来发展迅速，目前已成为表面活性剂的重要发展方向之一。 高分子表面活性剂可根据在水中电离后亲水基所带电荷分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型四类高分子表面活性剂。如阴离子型的高分子表面活性剂有聚(甲基)丙烯酸(钠)、羧甲基纤维素(钠)、缩合萘磺酸盐、木质素磺酸盐、缩合烷基苯醚硫酸酯等。两性离子型的高分子表面活性剂有丙烯酸乙烯基吡啶共聚物、丙烯酸-阳离子丙烯酸酯共聚物、两性聚丙烯酰胺等。非离子型的高分子表面活性剂有羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯类共聚物等。阳离子型的高分子表面活性剂有聚烯烃基氯化铵阳离子表面活性剂、亚乙基多胺与表氯醇共聚季铵盐、淀粉或纤维素高取代度季铵盐、多聚季铵盐、聚多羧基季铵盐等。 开发低廉、无毒、无污染和一剂多效的高分子表面活性剂将是今后高分子表面
湍流减阻的意义及工程应用
湍流减阻的意义及工程应用 摘要：伴随着世界性能源危机的逐渐加剧，节能减排已经成为大势所趋，在能源运输的过程之中，摩擦阻力是主要的耗能来源，所以研究湍流减阻意义十分的重大。为此本文将对于湍流减阻的意义及工程应用展开有关的论述。本文首先论述了推流减租的意义，之后详细的论述了其工程上面的应用。含有肋条、柔顺壁、聚合物添加剂、微气泡、仿生减阻、壁面振动等主要湍流减阻技术最近的研究成果和应用现状，并着重强调了各自的减阻机理。 关键词：能源危机湍流减阻减阻机理 引言 伴随着全球能源消耗的不断提升，科学家门已经将越来越多的警力投入到如何有效的利用与保护能源领域上面。车辆、飞机以及船舶、油气长输管道的数量快速的增加，所以设法减少这些运输工具表面的摩擦阻力，成为人们研究发展节约能源的新技术含有的突破点[1]。 1湍流减阻的意义 节约能源消耗是人类一直追求的目标，其主要的途径就是在各种运输工具设计之中，尽可能的减少表面的摩擦阻力。表面摩擦阻力在运输工具总阻力之中占据很大的比例，在这些运输工具表面的发部分区域，流动都是处于湍流的状态，所以研究推流边界层减租意义十分的重大，已经引起广泛的重视，同时已经被NASA列为21实际航空关键技术之一[2]。 有关减租问题的研究可以追溯到上世纪的30年代，不过一直到上世纪的60年代中期，研究工作主要围绕减小表面的粗糙程度，隐含的假设光滑表面的阻力最小。到了70年代，阿拉伯石油禁运由此引发的燃油价格上涨激起了持续至今的推流减租研究与应用潮流，经过多年的发展，尤其是湍流理论的发展，使得湍流减阻理论与应用都是取得了突破性的进展[3]。
2湍流减阻的工程应用 2.1肋条减阻 20世纪70年代，NASA研究中心发现具有顺流向微小肋条的表面可以有效的降低臂面的摩擦阻力，从而突破了表面越光滑阻力越小的传统思维模式，肋条减阻成为湍流减阻技术研究热点[6]。 最近几年，为了最大限度的实现减租，人们对于肋条进行了很多的实验与应用优化设计[7]。德国的Bechert和Brused等使用一种测量阻力可以精确度达到±0.3%的油管对于各种肋条表面的减阻效果进行了研究。其测试了多种形状的肋条，含有三角形、半圆以及三维肋条，实验的结果显示V形肋条减阻效果最好，可以达到10%以上的减阻幅度[8]。大量的研究工作显示肋条表面减阻的可靠性与可应用性，国外的研究已经进入到了工程实用阶段，空中客车将A320试验机表面积约70%贴上肋条薄膜，到达了节油2%左右。NASA兰利中心对于Learjet 型飞机的飞行试验结果减阻大约在6%左右。国内的李育斌在1:12的运七模型上具有湍流流动的区域顺流向粘贴肋条薄膜之后，试验表面可以减小飞机阻力8%左右[9]。 2.2壁面振动减阻 壁面振动减阻是20世纪90年代才出现的一种新的方法，米兰大学的Baron和Quadrio 利用直接的数字模拟技术研究了壁面振动减阻的总能量节约效果，其发现在壁面振动速度振 幅在大于： h QX8/ 3时，不会节约能源，而是在比较小的振幅时候能量才有节约[10]。 这个里面Qx表示流量，h表示湍流明渠流高度的一半。在振幅为 h QX4/的时候，可 以净节约多达10%的能量。因为试验都是在固定无因次周期为T+=100下进行的，所以人们认为如果应用条件适当，还能节省更多的能量[11]。 2.3仿生减阻 海洋生物长期生活在水中，经过漫长的岁月，进化出了效率很高的游动结构，表面摩擦阻力也相当的低。所以通过仿生学的研究，设计出减阻效果更好的结构，也变成了研究的热点。Bechert对于一种模拟鸟类羽毛被动流体分离控制的方法进行了风洞的测试，在迅游环境里面，对层流翼部分的活动襟翼的测试结果表明机翼上的最大升力增加了20%而未发现有负面影响。一架电动滑翔机飞行测试纪录的阻力数据也证明了这一点[12]。
输油管道减阻剂
输油管道减阻剂 减阻剂是一种能减少流体在输送时所受阻力的试剂。多为水溶性或油溶性的高分子聚合物。 简介 例如水溶性的聚环氧乙烷，只用25毫克/千克就能使水在管道中所受阻力下降75％，出水速率增加好几倍，用于灭火或其他紧急用水的场合；油溶性的聚异丁烯用量为60毫克/千克时，即可使原油在管道中的输送能力大大提高，起到增输节能的作用。 用于降低流体流动阻力的化学剂称为减阻剂(drag reducing agent)，简称DRA。减阻剂广泛应用于原油和成品油管道输送，它是在特定地段提高管道流通能力和降低能耗的重要手段。流体的摩擦阻力限制了流体在管道中的流动，造成管道输量降低和能量消耗增加，而高聚物减阻法是在流体中注入少量的高分子聚合物，使之在紊流状态下降低流动的阻力。 发展历史 20世纪60年代末，美国Conoco公司研制成CDR-101型减阻剂，1972年取得专利，1977～1979年间首次商业化应用于横贯阿À斯加的原油管道的越站输送及提高输量方面，并取得巨大成功。1981年又研制成功CDR-102型减阻剂，比CDR-101型的性能成数倍地提高。20世纪80年代初，开展了成品油管道的减阻试验，用于汽油、煤油、柴油和NGL、LPG的减阻，到1984年正式在成品油管道上应用。70年代中期，美国Shellco公司和加拿大Shell Inc公司提出申请减阻剂专利。1983年，美国Atlantic Richfield co公司研制出Arcoflo减阻剂产品，加入5ppm即可达到20%的减阻效果。 减阻聚合物的生产条件很难控制，国际上只有极少数公司垄断了这项技术，其代表是美国的Conoco公司和Baker Hughes公司，他们的产品基本上代表了目前世界上减阻剂生产工艺的最高水平和发展方向。 1982年，我国浙½大学开始国产减阻剂的开发和试验工作，1985年进行了EDR 型减阻剂的试生产，并在国内原油管道上进行了中型试验，产品性能已达到国外70年代初期水平。1984年，成都科技大学也发表了PDR型减阻剂的研制成果，以上两校的试验，都曾采用过柴油和煤油等成品油。近年来，中国石油管道公司管道科技研究中心开展了减阻剂的研究工作，并取得了成功，其EP系列减阻剂产品的性能已经达到国际同类产品的
减阻剂--滑溜水压裂
减阻剂--滑溜水压裂 滑溜水压裂液是指在清水中加入少量的滑溜水压裂用减阻剂，一定量支撑剂以及表面活性剂、黏土稳定剂等添加剂的一种压裂液，又叫做减阻水压裂液。 由于滑溜水压裂施工中泵速较大，因而会产生较高摩阻。作为减阻水体系的主剂，压裂用减阻剂的作用是减少压裂液流动时的摩擦系数，从而减少施工压力。 为了达到现场大排量条件下即配即用的目的，减阻剂不仅应具有较高的减阻性能，还应具有较好的溶解分散性能。 1、分散性能：减阻剂的分散性能可以用分散时间来表征，分散时间是指减阻剂聚合物完成溶解、破乳并且聚合物分子完全展开达到最大黏度所需要的时间，新乡市京华净水材料有限公司生产的乳液减阻剂，分散快且无需破乳，分散性能好。 2、减阻性能：减阻剂的减阻性能具体表现为减阻剂溶液流速加快和摩阻压降减少：当输送压力一定时，减阻效果表现为流速的增加；当流量一定时，减阻效果则表现为摩阻压降的减少。新乡市京华净水材料有限公司生产的乳液减阻剂，价格低、用量少，且减阻效果可达60%以上。 近年来，页岩气能源的开采在中国受到越来越高的重视，作为北美地区页岩气体积改造的关键技术，滑溜水压裂液在中国具有广阔的应用前景。 滑溜水压裂的优势： 1、传统的凝胶压裂液体系使用较高浓度的凝胶，这些凝胶的残留物以及在压裂过程中产生的滤饼会堵塞地层并降低裂缝导流能力。而滑溜水压裂液中只含有少量的减阻剂等添加剂，并且易于返排，大大降低了地层及裂缝伤害，从而有利于提高产量。 2、滑溜水压裂液中的化学添加剂及支撑剂的用量较少，可节省施工成本40%～60%。由于成本的降低，许多原来不具商业开采价值的储层便可以得到开发。 3、减阻水能够产生复杂度更高体积更大的裂缝网络。这是由于减阻水具有较低的黏度以及施工时的泵入速率较高。裂缝复杂度和体积的提高增加了储层的有效增产体积，使得产量增加。 4、由于减阻水中添加剂含量少，较为清洁，因此更易于循环利用 滑溜水压裂优势总结：减阻水压裂液的优点是减阻效果好、低伤害、低成本、产生的裂缝网络复杂度高体积大、易于循环利用。
减水剂的作用机理
减水剂的作用机理 高效减水剂有效地减少了混凝土的的塌落度损失，改善混凝土的工作度，提高流动性，在高性能混凝土中发挥重要的作用，只是至今为止仍旧没有一个完美的理论来解释高效减水剂的作用机理，但有几个理论为大家普遍认同。 静电斥力理论 水泥水化后，由于离子间的德华力作用以及水泥水化矿物、水泥主要矿物在水化过程中带不同电荷而产生凝聚，导致了混凝土产生絮凝结构。高效减水剂大多属阴离子型表面活性剂，掺入到混凝土中后，减水剂中的负离子-SO—、-COO—就会在水泥粒子的正电荷Ca2+矿的作用下而吸附于水泥粒子上，形成扩散双电层(Zel。a电位)的离子分布，在表面形成 扩散双电层的离子分布，使水泥粒子在静电斥力作用下分散，把水泥水化过程中形成的空间网架结构中的束缚水释放出来，使混凝土流动化。Zeta电位的绝对值越大，减水效果就越好。随着水泥的进一步水化，电性被中和，静电斥力随之降低，德华力的作用变成主导，对于萘系、三聚氰胺系高效减水剂的混凝土，水泥浆又开始凝聚，塌落度经时损失比较大，所以掺入这两类减水剂的混凝土所形成的分散是不稳定的。而对于氨基磺酸、多羧酸系高效减水剂，由于其与水泥的吸附模型不同，粒子间吸附层的作用力不同于前两类，其发挥分散作用的主导因素不是Zeta电位，而是一种稳定的分散。 立体位阻效应
掺有高效减水剂的水泥浆中，高效减水剂的有机分子长链实际上在水泥微粒表面是呈现各种吸附状态的。不同的吸附态是因为高效减水剂分子链结构的不同所致，它直接影响到掺有该类减水剂混凝土的坍落度的经时变化。有研究表明萘系和三聚氰胺系减水剂的吸附状态是棒状链，因而是平直的吸附，静电排斥作用较弱。其结果是Z eta电位降低很快，静电衡容易随着水泥水化进程的发展受到破坏，使德华引力占主导，坍落度经时变化大。而氨基磺酸类高效减水剂分子在水泥微粒表面呈环状、引线状和齿轮状吸附，它使水泥颗粒之问的静电斥力呈现立体的交错纵横式，立体的静电斥力的Zeta电位经时变化小，宏观表现为分散性更好，坍落度经时变化小。而多羧酸系接枝共聚物高效减水剂大分子在水泥颗粒表面的吸附状态多呈齿形。这种减水剂不但具有对水泥微粒极好的分散性而且能保持坍落度经时变化很小。原因有三：其一是由于接枝共聚物有大量羧基存在．具有一定的螫合能力，加之链的立体静电斥力构成对粒子问凝聚作用的阻碍；其二是因为在强碱性介质例如水泥浆体中，接枝共聚链逐渐断裂开，释放出羧酸分子，使上述第一个效应不断得以重视；其三是接枝共聚物Zeta电位绝对值比萘系和三聚氰胺系减水剂的低，因此要达到相同的分散状态时，所需要的电荷总量也不如萘系和三聚氰胺系减水剂那样多。对于有侧链的聚羧酸减水剂和氨基磺酸盐系高效减水剂，通过这种立体排斥力，能保持分散系统的稳定性。 润滑作用
脊状表面减阻特性的风洞试验研究
第23卷 第5期2008年10月 实 验 力 学 J OU RNAL OF EXPERIM EN TAL M ECHANICS Vol.23 No.5 Oct.2008 文章编号:100124888(2008)0520469206 脊状表面减阻特性的风洞试验研究 刘占一,宋保维3,胡海豹,黄桥高,黄明明 (西北工业大学航海学院,西安710072) 摘要:利用热线风速仪,对光滑表面和多个脊状表面在低速风洞中进行了表面流场测试。基于测得的边界层速度分布数据,利用对数律区速度分布公式,编程分别计算出光滑表面和脊状表面的壁面摩擦速度和虚拟原点。研究发现,脊状表面最大减阻量达13.5%;有减阻效果的脊状表面使边界层速度曲线上移、湍流强度下降;与光滑表面相比,脊状表面的位移厚度和动量损失厚度明显减小,也表明脊状表面具有减阻效果;位移厚度和动量损失厚度减少量随槽间距s+的增加呈现先变大后变小的趋势,在s+=12时达到最大。 关键词:脊状表面;热线风速仪;摩擦速度;减阻量 中图分类号:O357 文献标识码:A 0 引言 目前的各种湍流减阻方法中,脊状表面减阻技术以其减阻效果显著和易于推广使用的特点,被公认最具使用潜力。该技术起源于仿生学对鲨鱼等鱼类表皮的研究,通过在航行体外表面加工具有一定形状尺寸的脊状结构,来达到很好的减阻效果。该项技术在国外已投入了实际应用,如空中客车将A320试验机表面的约70%贴上脊状表面薄膜,获得了节油1%～2%的效果;NASA兰利中心在Learjet型飞机上开展的类似飞行试验显示,脊状表面的减阻量约为6%左右。 脊状表面减阻的物理机制在于:脊状表面与顺流向的“反向旋转涡对”作用,产生“二次涡”。“二次涡”的产生和发展削弱了“反向旋转涡对”的强度,进而抑制了湍流猝发的形成。脊状表面流场理论研究发现,脊状表面的粘性底层厚度比平板的要厚得多,表明在脊状表面近壁区存在着低速流层,使得边界层外层高速流不直接与壁面接触,而从低速流层上流过,降低了壁面法线方向的速度梯度,从而产生了减阻效果[1,2]。 近些年,为了从微观流动结构方面研究脊状结构的减阻原理,PIV、LDV和热线风速仪等设备越来越多的被应用在减阻研究中。与以前使用测力天平等设备直接测量阻力不同,这些设备测得的是脊状结构表面流场的特性参数,需要计算出壁面摩擦速度,才能间接给出定量的减阻效果。Ant hony Ken2 dall等在文献[3]中提出用Musker和Spalding公式求摩擦速度;D.Hoo shmand等在文献[6]中提到用Clauser方法求摩擦速度。这些方法都要求准确测得包括粘性底层在内的边界层内层速度分布,但是对数律公式仅需要边界层对数律区的速度分布即可。由于准确测量粘性底层比较困难,因此笔者考虑利用对数律区速度分布公式,通过拟合求摩擦速度。 本文利用热线风速仪测量了五种不同尺寸的脊状结构表面流场,不仅从速度分布、湍流度分布方面3收稿日期:2008203218;修订日期:2008210206 基金项目:国家自然科学基金面上项目(10672136);国家自然科学基金重点项目(50835009)资助 通讯作者:宋保维(1963-),男,教授,目前主要研究方向:水下航行器设计、制造,流体力学,系统工程理论及其应用,计算机辅助设计与制造,机电一体化与机器人技术等。E2mail:songbaowei@https://www.sodocs.net/doc/8c11262334.html,
成品油管道应用减阻剂研究
第28卷第1期 油 气 储 运实验研究 成品油管道应用减阻剂研究 戴福俊3(中国石化销售有限公司华南分公司) 鲍旭晨 张志恒 李春漫 刘 兵 徐海红(中国石油管道研究中心) 戴福俊 鲍旭晨等:成品油管道应用减阻剂研究,油气储运,2009,28(1)19～23。 摘 要 依据减阻剂减阻机理、室内试验及现场应用情况,确定了减阻剂应用效果、管道流态和减阻剂结构必须具备的三个条件,给出了提高减阻率或增输率的方法。分析了减阻剂对成品油品质的影响,提出了实现减阻增输和水力越站时应注意的事项。 主题词 成品油 管道 减阻剂 减阻 效果 分析 应用 一、前 言 近年来,我国的成品油管道建设取得了飞速发展,已建成的长距离成品油管道约7000km ,计有兰成渝管道(长为1247km )、乌兰管道(长为1842km )、珠三角(总长为2890km )以及西南管道等。“十一五”期间,我国预计新建成品油管道约10000km ,新增输油能力约8400×104t/a ,将逐渐形成成品油管道运输网络。因此,保障成品油管道安全、高效运行非常重要。减阻剂是一种超高分子量(>106)的单长链聚合物,在湍流液体管道中只需注入微量减阻剂,便可获得明显的减阻增输效果,经济效益可观。减阻剂减阻技术具有简便、安全、灵活和成本低的特点。油品管道应用减阻剂已有近30年的历史。1979年美国CONOCO 公司首次成功地在横贯阿拉斯加的原油管道上应用了减阻剂。1986年我国第一次在铁大线上进行了减阻剂应用现场试验,此后在多条管道上应用,减阻增输效果明显。但是,减阻剂在成品油管道上应用较少,至今仅在西南和兰成渝等管道上进行了现场试验。二、减阻剂应用效果分析 (1)降低新建管道的固定投资。由于减阻剂可在保持输量不变的条件下明显降低沿程摩擦阻力,因此在保证设计输量的前提下可以降低输油泵规 模,减小管径或壁厚。 (2)提高在役管道的输油量。在管段两端压差 不变的情况下,注入减阻剂可以提高输量。对于单 泵站输油管道,只需在出站口注入减阻剂;对于多泵 站输油管道,由于各站段的最大可行输量不同(由各 站段的最高出站压力和最低进站压力所决定),因此 存在最大可行输量最低的站段,称为“瓶颈段”,“瓶 颈段”的最大可行输量就是全线的最大可行输量。 若在“瓶颈段”注入减阻剂提高输量,则全线最大可 行输量也将得到提高。但此时又存在新的“瓶颈 段”,若想继续提高输量,则应在新的“瓶颈段”处注 入减阻剂。 (3)确保已腐蚀管道的安全运行。埋地管道受 周围土壤和管内油品中腐蚀性物质的影响,管壁内 外表面都会受到腐蚀,使管壁变薄,耐压能力下降。 注入减阻剂后,既可以维持原输量,又可使出站压力 明显降低,从而保障管道运行安全。 (4)避免在自然条件恶劣地区建泵站。长输管 道沿途会经过沙漠、沼泽、高山、严寒等自然条件恶 劣的地区。从交通、生产、安全和生活等方面考虑, 在这些地区应尽量不建或少建输油泵站。应用减阻 剂可以明显降低沿程摩阻,因而在输量和出站压力 不变的情况下能够延长站间距,并合理调整管道参 数,可以达到在某一区域不建或少建泵站的目的。 (5)满足油泵轮换维修和连续输油的需要。一 个输油站通常为多台油泵同时运行,应用减阻剂可 以减少运行泵的数量,增加备用泵数量,避免出现因 泵故障而停输的危险。 3511455,广东省广州市南沙区黄阁镇小虎大道小虎油库;电话:(020)39916188。 ?91?
高聚物减阻机理的研究综述
浙江工程学院学报,第18卷,第1期,2001年3月 Journal of Zhejiang Institute of Science and Technology Vol .18,No .1,Mar 2001 文章编号:1009 4741(2001)01 0015 05 收稿日期:2000-09-06 *教育部博士点基金资助项目 高聚物减阻机理的研究综述 * 邵雪明,林建忠 (浙江大学力学系,浙江杭州310027) 摘要:对有关高聚物减阻机理的代表性研究及进展进行了简要的综述,并对 应力各向异性说 这种较新的观点进行了介绍。 关键词:高分子聚合物;减阻;机理 中图分类号:O357 5 文献标识码:A 1 概 述 高聚物减阻的研究始于1948年,Toms 在第一届国际流变学会议上,发表了关于高聚物减阻机理研究的第一篇论文[1]指出,在氯苯中溶入少量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),可大幅度降低液体运动的阻力,因此高聚物减阻又称为Toms 效应。50年代和60年代初期,减阻研究多局限于流变学。在60年代中期以后开始引起流体力学工作者的注意,并开始了广泛的研究工作。 人们重视高聚物减阻的研究,首先是因为这一技术具有很大经济价值,并有两个显著的特点:一是投入量少;二是减阻效果非常显著。所以在国防、工业、交通和消防等领域具有广泛的应用前景,特别是长距离管道输送流体,应用这一技术将大大提高运输量,或节省输送能源的消耗。其次,由于高聚物减阻与湍流密切相关,减阻机理的研究,能促进湍流理论的发展。这正是流体力学工作者瞩目之所在。 迄今为止,虽然有了不少有关高聚物减阻的论著,但现有的理论还没有一种可以圆满解释减阻的系列特征,有待于进行深入的研究,并努力扩大在相关工程中的应用。本文分两个时期对高聚物减阻机理研究的代表性观点和成果进行阐述。 2 分类综述 1990年以前,尤其是60年代之后的10年间,在公开刊物发表的有关高聚物减阻的论文每年约有100篇,密度非常大。所进行的研究可大致被分为三类。 第一类研究的着眼点为高聚物分子,主要研究高聚物分子在剪切、拉伸等流动中的运动特性,由此来推测高聚物的加入对湍流的影响。 1969年Lumley [2]发表了一篇高聚物分子在湍流中运动特性的综述性论文,列举了高聚物分子的主要参数包括分子质量、柔性、分子链长度、构形等的影响,并提出了一个在当时普遍得到认同的观点。他认为高聚物分子在湍流边界层中受到拉伸,会使该处的流体粘度增加,这可能是高聚物引起减阻的主要原因。 White [3](1985年)指出,高聚物分子在静止溶液中各链节随机卷曲,统计图像呈椭球形。溶液运动时分子因剪切而发生变形,与静止状态差别很大。所以如果能观测到分子在剪切流中的构形及动力特征,
多功能滑溜水减阻剂的制备及性能评价
第36卷第1期2019年3月25日 油田化学 Oilfield Chemistry Vol.36No.125Mar，2019 文章编号：1000-4092（2019）01-048-05 多功能滑溜水减阻剂的制备及性能评价 * 何 静1，王满学2，吴金桥1，王 敏1 （1.陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安710075；2.西安石油大学化学化工学院，陕西西安710065） 摘要：为获得滑溜水压裂液优良的减阻性，以柴油为分散介质、失水山梨醇单油酸酯和聚氧化乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯为复配乳化剂、过硫酸钾和偶氮二异丁腈为引发剂，以丙烯酰胺（AM ）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS ）和α-十二烯（EA ）为反应单体，采用反相乳液聚合的方法制备了滑溜水减阻剂DGSA-1。用红外光谱仪对合成产物的结构进行了表征。通过测定减阻剂水溶液的特性黏数，对减阻剂制备条件进行了优选，研究了减阻剂的抗盐性、表面活性和减阻性。结果表明，在AM 、AMPS 、EA 3种物质摩尔比为1.1∶1∶0.1、引发剂用量占单体总质量的0.048%、复配乳化剂的HLB 值（表面活性剂的亲水亲油平衡值）为5.5、反应温度55℃、反应时间6h 的条件下制备的滑溜水减阻剂DGSA-1的减阻效果最佳。DGSA-1减阻剂具有分散溶解性好、抗盐、高效减阻和低表界面张力的特性。0.15%DGSA-1水溶液的黏度在2min 内达到最大，减阻率为73.2%，减阻性能优于国内外同类产品。图3表2参16 关键词：压裂液；滑溜水；减阻剂；反相乳液聚合中图分类号：TE357.1+2 文献标识码：A DOI：10.19346/https://www.sodocs.net/doc/8c11262334.html,ki.1000-4092.2019.01.010 * 收稿日期：2018-04-04；修回日期：2018-09-03。 基金项目：陕西省重点实验室建设课题“陕西省陆相页岩气成藏与开发重点实验减阻剂研究”（项目编号2016SZS-06）。 作者简介：何静（1988-），女，工程师，西安石油大学石油与天然气工程专业硕士（2015），从事油田压裂工作液优化和添加剂评价研发工 作，通讯地址：710075西安市雁塔区科技二路75号陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院分析实验中心，E-mail ：Hejing88950095@https://www.sodocs.net/doc/8c11262334.html, 。 滑溜水压裂是开发页岩等非常规油气资源的一种有效增产措施。减阻剂是滑溜水的主要成分，其性质直接影响滑溜水压裂液的质量［1-2］。乳液型聚丙烯酰胺类高聚物是滑溜水压裂液中使用最为广泛的减阻剂之一，具有减阻效果好和加量低等优点［3-4］。魏娟明等［5-8］以丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为原料，采用反相乳液聚合法制备的减阻剂的减阻率达到65%以上。王娟娟等［9］以过硫酸铵为引发剂，用丙烯酰铵、丙烯酸与自制单体制得三元共聚白色胶乳状减阻剂，减阻剂加量为0.2%时的减阻率为70%。笔者利用反相乳液聚合方法，通过引入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和非离子型复合乳化剂制得滑溜水减阻剂。通过测定减阻剂水溶液的特性黏数，对减阻剂制备条件进行了优选；研究了减阻剂的抗盐性、表面活性和减阻性。 1 实验部分 1.1 材料与仪器 丙烯酰胺（AM ）、氢氧化钠（NaOH ）、乙二胺四 乙酸（EDTA ）、失水山梨醇单油酸酯（Span80）、聚氧化乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯（Tween60）、偶氮二异丁氰（AIBN ）、过硫酸钾，均为化学纯，西安化学试剂厂；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS ）、α-十二烯（EA ），工业级，山东宇田化工有限责任公司；助排剂YCZP-1（两性离子表面活性剂），延长丰源公司；柴油，延长石油炼化公司；国外减阻剂：聚丙烯酰胺类共聚物，固含量≥30%，相对分子质量895×104，乳液聚合物黏度（25℃）为732mPa ·s ；国内减阻剂：固含量≥30%，相对分子质量721×104，乳液聚合物黏度为920mPa ·s ，西安卡里油田技术有限公司。流
高效减水剂的作用及原理
高效减水剂的作用及原理 时间:2009-07-20 00:04来源:砼建外加剂网作者:砼建公司点击:151次 高效减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。与普通减水剂相比，减水及增强作用都较强。 高效减水剂的作用可以有效地减少了混凝土的的塌落度损失，改善混凝土的工作度，提高流动性，在高性能混凝土中发挥重要的作用，只是至今为止仍旧没有一个完美的理论来解释高效减水剂的作用机理，但有几个理论为大家普遍认同。 1)静电斥力理论 水泥水化后，由于离子间的范德华力作用以及水泥水化矿物、水泥主要矿物在水化过程中带不同电荷而产生凝聚，导致了混凝土产生絮凝结构。高效减水剂大多属阴离子型表面活性剂，掺入到混凝土中后，减水剂中的负离子-SO—、-COO—就会在水泥粒子的正电荷Ca2+矿的作用下而吸附于水泥粒子上，形成扩散双电层(Zel。a电位)的离子分布，在表面形成 扩散双电层的离子分布，使水泥粒子在静电斥力作用下分散，把水泥水化过程中形成的空间网架结构中的束缚水释放出来，使混凝土流动化。Zeta电位的绝对值越大，减水效果就越好。随着水泥的进一步水化，电性被中和，静电斥力随之降低，范德华力的作用变成主导，对于萘系、三聚氰胺系高效减水剂的混凝土，水泥浆又开始凝聚，塌落度经时损失比较大，所以掺入这两类减水剂的混凝土所形成的分散是不稳定的。而对于氨基磺酸、多羧酸系高效减水剂，由于其与水泥的吸附模型不同，粒子间吸附层的作用力不用于前两类，其发挥分散作用的主导因素不是Zeta电位，而是一种稳定的分散。 2)立体位阻效应 掺有高效减水剂的水泥浆中，高效减水剂的有机分子长链实际上在水泥微粒表面是呈现各种吸附状态的。不同的吸附态是因为高效减水剂分子链结构的不同所致，它直接影响到掺有该类减水剂混凝土的坍落度的经时变化。有研究表明萘系和三聚氰胺系减水剂的吸附状态是棒状链，因而是平直的吸附，静电排斥作用较弱。其结果是Zeta电位降低很快，静电衡容易随着水泥水化进程的发展受到破坏，使范德华引力占主导，坍落度经时变化大。而氨基磺酸类高效减水剂分子在水泥微粒表面呈环状、引线状和齿轮状吸附，它使水泥颗粒之问的静电斥力呈现立体的交错纵横式，立体的静电斥力的Zeta电位经时变化小，宏观表现为分散性更好，坍落度经时变化小。而多羧酸系接枝共聚物高效减水剂大分子在水泥颗粒表面的吸附状态多呈齿形。这种减水剂不但具有对水泥微粒极好的分散性而且能保持坍落度经时变化很小。原因有三：其一是由于接枝共聚物有大量羧基存在．具有一定的螫合能力，加之链的立体静电斥力构成对粒子问凝聚作用的阻碍；其二是因为在强碱性介质例如水泥浆体中，接枝共聚链逐渐断裂开，释放出羧酸分子，使上述第一个效应不断得以重视；其三是接枝共聚物Zeta电位绝对值比萘系和三聚氰胺系减水剂的低，因此要达到相同的分散状态时，所需要的电荷总量也不如萘系和三聚氰胺系减水剂那样多。对于有侧链的聚羧酸减水剂和氨基磺酸盐系高效减水剂，通过这种立体排斥力，能保持分散系统的稳定性。 3)润滑作用 高效减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，多以氢键形式与水分子缔合，再加上水分子之问的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层稳定的水膜，阻止水泥颗粒问的直接接触，增加了水泥颗粒间的滑动能力，起到润滑作用，从而进一步提高浆体的流动性。水泥浆巾的微小气泡，同样对减水剂分的定向吸附极性基团所包裹，使气泡与气泡及气泡 与水泥颗粒问也因同电性相斥而类似在水泥微粒间加入许多微珠，亦起到润滑作用，提高流动性。 2 与水泥的适应性问题
减阻剂在原油管道运行中的应用 戴超
减阻剂在原油管道运行中的应用戴超 摘要：在输油生产过程中，使用减阻剂可以有效的提升管道输送能力，是一种 常用的输送工艺。文章对原油管道添加减阻剂进行了现场实验分析，研究了减阻 剂添加后对管道运行的影响。通过对实验进行分析可以，减阻剂的使用可以有效 的提升管道输送能力，满足了炼化企业原油加工需求，提升了企业生产运行调节 和管理水平。 关键词：原油管道；减阻剂；增输 一、HG减阻剂现场试验 以A、B、C三处为试验对象，在原油管道进行了添加减阻剂运行的现场试验，并获得了完满成功。 ①确定减阻剂注入点。为确保减阻效果，减阻剂注入点应尽可能避开弯头、 阀门等节流设备，注入点后不应有可对减阻剂产生严重剪切的设备。因此，注入 点选择在输油泵后出站直管段。注入管线为DN57mm至DN15mm的变径管线。 ②对管线进行停输密闭开孔作业，安装高压阀门。 ③在添加HG减阻剂输送现场试验期间，分三个阶段实施，第一阶段是在仪征、和县、无为、怀宁四站满负荷运行，最大限度的提高输送能力，使进站压力 尽可能低，出站压力尽可能高，稳定后采集未加剂情况下的空白基础数据；第二 阶段，考察四站同时添加浓度为10mg/L情况下的减阻和增输效果；第三阶段， 考察四站同时添加浓度为15mg/L情况下的减阻和增输效果。 第一阶段:输送鲁宁油和进口油的比例为1:1.5，混油密为886kg/m3 当仪征--黄梅管段不加减阻剂时，全线最大输量稳定运行时，管线平均流量为3699m3/h。仪征干线的输量为7.86万吨/天，安庆支线的输量为1.36万吨/天， 九江支线的输量为1.35万吨/天，武汉支线的输量为1.98万吨/天，洪湖支线的输量为0.93万吨/天，长岭的输量为2.24万吨/天。仪长线全线外管道的总压降为43.91 MPa，其中仪征---黄梅外管道的总压降为21.06MPa。 第二阶段:加入H(}减阻剂浓度为10mg/L运行后，全线最大输量稳定运行时， 管线平均流量为3954m3/h ,管线的实际增输率为6.89%。仪征干线的输量为8.41 万吨/天，安庆支线的输量为1.35万吨/天，九江支线的输量为1.31万吨/天，武 汉支线的输量为2.17万吨/天，洪湖支线的输量为0.97万吨/天，长岭的输量为 2.61万吨/天。仪长线全线外管道的总压降为4 3.14MPa，其中加剂段仪征---黄梅 外管道的总压降为18.70MPa。 第三阶段:加入HG减阻剂浓度为15mg/L运行后，全线最大输量稳定运行时，管线平均流量为4033m3/h,管线的实际增输率为9.03%。仪征干线的输量为8.57 万吨/天，安庆支线的输量为1.34万吨/天，九江支线的输量为1.41万吨/天，武 汉支线的输量为2.20万吨/天，洪湖支线的输量为0.9 3万吨/天，长岭支线的输 量为2.69万吨/天。仪长线全线外管道的总压降为42.96MPa，其中加剂段仪征-- 黄梅外管道的总压降为18.87MPa。 二、管道运行数据分析 2.1增输效果分析 增输率计算公式： 对于添加减阻剂的同一管道而言，λ可以认为基本不变，L和d是一定的，这样沿程摩阻 损失h之和输量Q有关系，即h与Q的平力成正比。而对于在水力光滑区正常运行的管道，
表面活性剂最新设计研究进展
word整理版 表面活性剂最新研究进展 人类的日常生活，各类生产活动，多种科学和技术的进步对表面活性剂品种和性能提出越来越高的要求，促使表面活性剂科学不断发展，迄今方兴未艾，表面活性剂已经深入到生命起源以及膜材料、纳米材料、对映体选择性的反应等各个领域中，设计新的有特殊用途和应用价值的表面活性分子仍不断受到人们的关注。新的功能型表面活型剂与附加的官能基团的性质和位置有密切关系, 对传统的表面活性剂分子结构的修饰会导致其结构形态有很大的变化，近几年国内外的相关研究单位在表面活性剂领域的最新研究进展主要有以下方面。 一、高分子表面活性剂 高分子表面活性剂的合成成为近年来表面活性剂合成研究的热点课题之一。高分子表面活性剂是相对一般常言的低相对分子质量表面活性剂而讲的，通常指相对分子质量大于1000且具有表面活性功能的高分子化合物。它像低分子表面活性剂一样，由亲水部分和疏水部分组成。高分子表面活性剂具有分散、凝聚、乳化、稳定泡沫、保护胶体、增溶等性质，广泛应用作胶凝剂、减阻剂、增黏剂、絮凝剂、分散剂、乳化剂、破乳剂、增溶剂、保湿剂、抗静电剂、纸张增强剂等。因此，高分子表面活性剂近年来发展迅速，目前已成为表面活性剂的重要发展方向之一。 高分子表面活性剂可根据在水中电离后亲水基所带电荷分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型四类高分子表面活性剂。如阴离子型的高分子表面活性剂有聚(甲基)丙烯酸(钠)、羧甲基纤维素(钠)、缩合萘磺酸盐、木质素磺酸盐、缩合烷基苯醚硫酸酯等。两性离子型的高分子表面活性剂有丙烯酸乙烯基吡啶共聚物、丙烯酸-阳离子丙烯酸酯共聚物、两性聚丙烯酰胺等。非离子型的高分子表面活性剂有羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯类共聚物等。阳离子型的高分子表面活性剂有聚烯烃基氯化铵阳离子表面活性剂、亚乙基多胺与表氯醇共聚季铵盐、淀粉或纤维素高取代度季铵盐、多聚季铵盐、聚多羧基季铵盐等。 开发低廉、无毒、无污染和一剂多效的高分子表面活性剂将是今后高分子表面
减阻剂
减阻剂 （兰州输油气公司张家川维抢修队甘肃天水 745000） 摘要：用于降低流体流动阻力的化学剂称为减阻剂(drag reducing agent)，简称DRA。减阻剂广泛应用于原油和成品油管道输送，它是在特定地段提高管道流通能力和降低能耗的重要手段。作者在《浅谈减阻剂》一文中介绍了减阻剂的发展历史、减阻机理、生产工艺、新动向及在国内外输油管道应用的实例；分析了在输油管道中应用减阻剂的优势。 关键词：流体减阻剂降耗聚合物 前言 流体的摩擦阻力限制了流体在管道中的流动，造成管道输量降低和能量消耗增加，而高聚物减阻法是在流体中注入少量的高分子聚合物，使之在紊流（速度、压强等流动要素随时间和空间作随机变化，质点轨迹曲折杂乱、互相混掺的流体运动。）状态下降低流动的阻力。 主体 一、减阻及减阻剂的发展历史 减阻的概念早在20世纪40年代就已经提出。20世纪初美国纽约的消防队员曾使用水溶性聚合物增加排水系统的流量。1948年Toms（汤姆斯）在第一届国际流变学会议上发表了第一篇有关减阻的论文，文章指出，以少量的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶于氯苯中，摩阻可降低约50%，因此，高聚物减阻又称为Toms（汤姆斯）效应。 20世纪60年代末，美国Conoco(康诺克)公司研制成CDR-101型减阻剂，1972年取得专利，1977～1979年间首次商业化应用于横贯阿啦斯加的原油管道的越站输送及提高输量方面，并取得巨大成功。1981年又研制成功CDR-102型减阻剂，比CDR-101型的性能成数倍地提高。20世纪80年代初，开展了成品油管道的减阻试验，用于汽油、煤油、柴油和NGL（液化天然气）、LPG（液化石油气）的减阻，到1984年正式在成品油管道上应用。70年代中期，美国Shellco（壳牌）公司和加拿大Shell Inc（壳牌）公司提出申请减阻剂专利。1983年，美国Atlantic Richfield co(大西洋富田)公司研制出Arcoflo（艾少芬）减阻剂产品，加入5ppm（百万分之）即可达到20%的减阻效果。 减阻聚合物的生产条件很难控制，国际上只有极少数公司垄断了这项技术，其代表是美国的Conoco(康诺克)公司和Baker Hughes（贝克休斯）公司，他们的产品基本上代表了目前世界上减阻剂生产工艺的最高水平和发展方向。