减阻剂与降凝剂

2026-03-12 15:43:00

一、减阻剂

对于在役输油管道系统,其管径及设计压力决定了正常运行工况下管道允许的最大输量。如果因上游增产或下游需求增加而需要提升管道输量,将会受到管道最大允许输量的限制,因而导致管道输量的“卡脖子”问题。此时,就需要减阻剂这个“良方”来大显神通了!油品在管道中流动存在摩擦阻力,减阻剂的作用就是降低油品在管道中的流动阻力,从而在不提高管道压力的情况下提升管道输量。

减阻剂之所以具有减阻功能,在于其特殊的分子结构。例如,聚α烯烃型减阻剂的有效成分是分子量达到百万级甚至千万级的特殊α烯烃长碳链聚合物,其溶解在油品中后伸展为长链梳状结构。α烯烃指双键在分子链端部的单烯烃,分子式是RCH=CH2,其中R为烷基。若R为直链烷基,则称为直链α烯烃。选择直链α烯烃作为减阻剂的聚合单体,是因为其聚合后可以形成长链梳状分子结构。这种结构沿管输油品流动方向展开,疏导油流微团更有序地向前流动,俨然管道中的交通护栏,维持油品在管道中顺畅通行。

减阻剂是如何生产的呢?包括溶液聚合和本体聚合。

溶液聚合就是把聚合单体和特定的催化剂溶解在不会参与聚合反应的惰性溶剂中,使其在适当的条件下发生聚合反应,形成溶液型减阻剂产品。该方法有两个缺点:一是因长链α烯烃聚合反应剧烈,极易发生爆聚,无法获得所需分子量的减阻剂产品;二是因聚合物分子量过高,减阻剂溶液体系黏度非常大,给现场注入带来极大困难。

本体聚合就是直接向聚合单体中加入引发剂,使之在适当的条件下发生聚合反应,形成黏弹性固体减阻剂产物。相比溶液聚合,本体聚合产物分子量更高,性能更稳定。然而固体是无法直接加入管道的,因此需将本体聚合产物进行粉碎后,使用适当的分散剂和悬浮剂与适当的液体混合,最终形成具有良好流动性及稳定性的减阻剂悬浮液。

减阻剂用量少、见效快,不失为解决油品管道输量“卡脖子”的良方。但是,减阻剂的长链分子结构极易剪切降解,其在通过管道沿线输油泵、减压阀、细密过滤网等设备时,不可避免地会经受高速剪切,导致分子长链发生断裂,而且这种断裂无法恢复。因此,减阻剂一定要在出站输油泵之后注入,且只要经过输油泵,就要重新再注入减阻剂。

二、降凝剂

含蜡原油之所以在低温下失去流动性而凝固,是因为石蜡分子的熔点很高,在低温下会定向排列形成针状或片状结晶并相互连接,形成三维网状结构,同时将低熔点的油包裹其中,使原油整体失去流动性。因此,管道输送含蜡原油通常采用加热输送工艺,在出站前将原油加热至高于原油凝固点3℃以上进入下一个热泵站。原油沿管道输送过程中,其温度随输送距离的增加而逐渐下降,管道输量越低,原油流速越慢,单位输送距离下原油温度下降幅度越大,因此需要提高原油出站温度,若仍以原温度出站,沿途可能因油温过低导致原油凝固造成输送困难。特别是如果出现意外停输工况,则极易发生凝管事故。

为了降低含蜡原油的管道输送温度,使之在较低温度下仍保持流动状态,管道工程师研制出一种使原油变稀的“秘方”,并称之为降凝剂。降凝剂可以降低原油的凝固点,改善原油的低温流动性,同时不会对原油的性质产生不利影响,且使用方便。

降凝剂种类繁多,其中不饱和酸酯类聚合物或不饱和酸酯与其他不饱和化合物类共聚物应用最为广泛,如丙烯酸高碳醇酯聚合物、乙烯和醋酸乙烯酯共聚物等,这些聚合物因聚合单体种类及含碳数量不同而形成系列产品,分别适用于不同含蜡体系的原油。近年来,三元共聚物类降凝剂及纳米降凝剂的逐渐发展,一定程度改善和提高了降凝剂的作用效果,特别是纳米降凝剂,其将无机纳米材料引入乙烯和醋酸乙烯酯共聚物类降凝剂或聚丙烯高碳醇酯类降凝剂中,适应范围更广,使用性能更佳。将降凝剂在加热的条件下溶解于原油中,随着温度的降低,降凝剂通过改变原油中蜡晶的发育过程及析出形态,干扰蜡晶三维网络结构的形成,从而达到降低原油凝固点的目的。

降凝剂的作用机理是很复杂的,普遍认可的说法是晶核—吸附—共晶理论。从降凝剂的分子结构看,其拥有一个相对较长的烷基链,上面长着含有氧、氢等杂原子的短侧链。在加剂原油中,使降凝剂在高于析蜡点的温度时先于蜡晶析出,降凝剂的短侧链发挥晶核作用,作为蜡晶发育中心,同时游离的降凝剂分子通过烷基长链吸附在蜡晶上,与蜡形成共晶,降凝剂侧链继续发挥晶核作用,重复上述晶核—吸附—共晶过程。而这一过程的结束,源于降凝剂分子结构的空间效应,随着蜡晶逐渐长大,这种空间效应越来越明显,最终使蜡晶停止生长。由此可见,降凝剂的加入,干扰了原油中蜡的结晶行为,改变了蜡的结晶取向,减弱了蜡晶形成三维网状结构的趋势,最终使降低原油凝固点的目的得以实现。

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