有效地降低摩擦系数的一种途径是向管道内壁涂敷内涂层以获得相对光滑的内表面。天然气管道的减阻,目前已知的、应用的都是化学方法,即内涂层技术。天然气管道减阻剂(DRA)的研究应用,典型的例子是,美国Chevron石油技术公司(ChevronPetroleumTechnologyCo.)在墨西哥湾一条长8km、直径152mm的输气管道上进行了天然气减阻剂(DRA)的现场试验。结果表明,输量可提高10%~15%,最高压力下降达20%。这种减阻剂的主要化学成分是聚酰胺基,通过注入系统,定期地按一定浓度将减阻剂注入到天然气管道中,减阻剂可在管道的内表面形成一种光滑的保护膜,这层薄膜能够显著降低输送摩阻。但Chevron研制的这种天然气管道减阻剂在管内使用寿命是有限的,经过一定的时间后,薄膜会自行脱落,减阻效率亦会随之降低,现场试验表明,DRA的有效期可达400h。
法国在降低输气管道中气流阻力的技术研究方面,在研究克服输气管道内压损失的途径方面,利用激光的方法,“使之形成脉冲流(Pulsedflows)”,他们发现单根管段的水力粗糙度通常是约20μm,然而在生产使用中,由于流体的复杂组分,此种粗糙度可能会超过50μm,相对于高雷诺数的光滑管壁,阻力系数将增大40%以上。最新检索到的石油科技文献显示,法国石油学会(IFP)正在评价和研究与该技术相关的空气动力学性能。(见《石油科技信息》2004,No.12P29“欧洲计划研究克服输气管道内压损失的途径”)。输气管道的压力损失,特别是由于管壁粗糙使阻力系数受到强烈影响,致使雷诺数增大的情况,而这种情况又会造成相对高的运营费用。
综上所述,有效地降低摩擦系数的一种途径是向管道内壁涂敷内涂层以获得相对光滑的内表面。其他一些技术也可用来进一步降低因管壁低于理想光滑面所要求的条件而导致的摩阻。下述是几种“可利用的先进技术”:
1.特殊结构形成的表面(螺旋状结构表面);
2.多孔/渗透性涂层;
3.特种涂敷材料;
4.涂敷润滑脂的管壁;
5.柔性涂层;
6.使之形成脉冲流(Pulsedflows);
7.使之再层流化;
8.粒子注射。
法国在该专业技术方面的研究,系统、全面并卓有成效,代表了当今世界的最先进水平。据资料介绍,该国是利用激光装置产生脉冲流的。但成本是一项很大的挑战。迄今还没有发现一种已投入应用的、物理的、低成本的减阻增输方法。
正是受到“输气管道脉冲流可降低管壁摩阻”的启发,我国石油科研人员正在试验研发管道脉冲流减阻增输技术,对该技术进行攻关,并取得了重大进展。目前已完成了旁通试验与主输气管道试验。现场工业试验表明,脉冲流减阻增输器在输气管线上减阻增输的效果相当好(与化学减阻增输技术呈现出的增输特征完全相同)。该管道增输器是根据空气动力学理论设计的,充分借鉴了吴云鹏教授的脉搏波高效传输原理及廖振方教授的微观振动减阻理论,只需在输气管道的适当位置安装管道增输器,不需要增加任何外加辅助装置,依靠增输器自身腔室的特殊几何形状和特定的边界条件,就可将连续气体流动转变成脉冲流,发生器的出口压力的幅值也有所增大,其出口压力的幅值可增大10%~35%。在不改变管道直径和安设增压站的条件下,管道增输器能显著提高管道的输气量,且增输器的制造费用低廉,无运动件,运行可靠,拆装简便,这种更加简单和廉价的技术,使得所有的天然气管道都能尽快投入使用成为可能。因此该技术推广应用价值较高,这就是其意义所在。(石油知识)