天然气减阻剂的合成及雾化减阻性能测试装置的设计

【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气体之间形成气—固界面，且该物质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，在原天然气减阻剂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
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TE869
【目录】：

• 目录4-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 第一章 文献综述13-34
• 1.1 国内外天然气管道发展状况13-17
• 1.1.1 国外天然气管道发展状况13-16
• 1.1.2 国内天然气管道发展状况16-17
• 1.2 国内外天然气管道减阻的主要技术现状17-28
• 1.2.1 管道阻力的成因和减阻方法17-20
• 1.2.2 管道内涂层减阻技术20-23
• 1.2.3 天然气减阻剂减阻技术23-28
• 1.3 天然气输气干线加注工艺28-30
• 1.4 开展天然气减阻剂减阻技术研究的意义30-32
• 1.5 天然气减阻剂减阻技术存在的问题32-33
• 1.5.1 天然气减阻剂研制方面存在的问题32
• 1.5.2 天然气减阻剂应用方面存在的问题32-33
• 1.6 本论文的主要任务33-34
• 第二章 几种天然气减阻剂的合成34-65
• 2.1 乙醛为反应物的杂环低聚物的合成35-50
• 2.1.1 合成原理35-36
• 2.1.2 实验仪器及药品36
• 2.1.3 杂环低聚物I的合成36-44
• 2.1.3.1 实验步骤36-37
• 2.1.3.2 产物分析37-39
• 2.1.3.3 反应条件对合成的影响39-42
• 2.1.3.4 成膜工艺及电镜分析42-44
• 2.1.4 杂环低聚物Ⅱ的合成44-50
• 2.1.4.1 实验步骤44
• 2.1.4.2 产物分析44-45
• 2.1.4.3 反应条件对合成的影响45-49
• 2.1.4.4 成膜工艺及电镜分析49-50
• 2.2 杂环低聚物Ⅲ的合成50-57
• 2.2.1 合成原理50-51
• 2.2.2 实验仪器及实验药品51
• 2.2.3 实验步骤51-52
• 2.2.4 产物分析52-53
• 2.2.5 反应条件对合成的影响53-56
• 2.2.6 成膜工艺及电镜分析56-57
• 2.3 其它两种低聚物的合成57-63
• 2.3.1 合成原理58
• 2.3.2 实验仪器及实验药品58-59
• 2.3.3 实验步骤59
• 2.3.4 产物分析59-61
• 2.3.5 成膜工艺及电镜分析61-63
• 2.4 与前期产品的比较63-64
• 2.5 实验小结64-65
• 第三章 天然气减阻剂雾化及减阻效率测定装置的初步设计65-76
• 3.1 设计目的65
• 3.2 设计思路简述65-66
• 3.3 天然气减阻剂雾化注入装置的设计66-70
• 3.3.1 装置的组成66
• 3.3.2 装置简图66
• 3.3.3 雾化器的选择66-67
• 3.3.4 相关参数的确定67-70
• 3.3.4.1 平均滴径的计算67-68
• 3.3.4.2 减阻剂浓度分布的计算68-69
• 3.3.4.3 减阻剂需要量的计算69-70
• 3.4 天然气减阻环道试验装置的初步设计70-76
• 3.4.1 装置简图70-72
• 3.4.2 主要操作条件的计算72-75
• 3.4.2.1 第二临界雷诺数R_(e2)的计算72
• 3.4.2.2 流量与流速的计算72-73
• 3.4.2.3 管内流体密度与粘度系数计算73-74
• 3.4.2.4 罐压强的计算74
• 3.4.2.5 管壁粗糙度的计算74-75
• 3.4.3 减阻剂在实验室环道内的减阻性能评价75-76
• 第四章 结论及下一步工作76-78
• 4.1 结论76
• 4.2 下一步工作76-78
• 参考文献78-85
• 致谢85-86
• 学位论文评阅及答辩情况表86

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