油氣儲運Oil Gas Storage and Transportation天然氣減阻劑性能測試環(huán)道常維純王雯娟鮑旭晨張志恒劉兵朱勇軍2邢雙友3(1.中國石油管道研究中心;2.中國石油管道公司蘭成渝分公司;3.中國人民武裝警察部隊學(xué)院訓(xùn)練部)常維純等.天然氣減阻劑性能測試環(huán)道油氣儲運,2010,29(2):121-123摘要:闡述了室內(nèi)天然氣減阻劑性能測試環(huán)道的工作原理,介紹了環(huán)道系統(tǒng)的水力學(xué)特征,分析了測試誤差形成的原因與消除方法。應(yīng)用該環(huán)道系統(tǒng)對室內(nèi)合成的天然氣減阻劑樣品進行了性能測試,并篩選出最佳天然氣減阻率樣品,可為天然氣減阻劑產(chǎn)品提供評價手段主題詞:天然氣減阻劑;測試環(huán)道;性能評價;水力特性;誤差分析減阻就是通過改善流體運動的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或流體絕對粗糙度k有關(guān)。添加減阻劑可以降低沿程壓力運動的邊界條件降低摩阻系數(shù)或當(dāng)量摩阻系數(shù)輸損失和總壓力損失。對于可壓縮流體,加劑前后的氣管道的減阻借助改善流體運動的邊界條件來進密度和流速都有變化,△p的變化是λ、p和u綜合變行(,例如增大管徑、降低管道內(nèi)壁粗糙度、采用彈化的結(jié)果。為更直觀地描述減阻效果,通過測試在性材料護面等。對于未涂敷內(nèi)減阻涂料的在役天然相同溫度、相同質(zhì)量流量、相同入口壓力下的△p1的氣管道,可通過添加能夠降低內(nèi)壁表面粗糙度或在相對減小幅度來表示減阻率。在兩截面上安裝壓力內(nèi)壁表面形成彈性膜層抑制氣體脈動2的天然氣減表,壓力損失為兩個壓力表之間的壓力差△p,其評阻劑實現(xiàn)減阻增輸。為評價天然氣減阻劑的減阻增價公式為:輸效果,設(shè)計了室內(nèi)天然氣減阻劑性能測試環(huán)道DR=P-△×10%1設(shè)計原理若考慮局部摩阻的影響,則減阻率為:DR=(△PA)(AP一△×100%減阻率是摩阻系數(shù)降低的比率:式中:△4p和△p為應(yīng)用減阻劑前后的管段壓力DR=A×100%損失,Pa;△p和△bp1為應(yīng)用減阻劑前后的管段式中:DR為減阻率;A4為應(yīng)用減阻劑前的摩阻系沿程壓力損失,Pa;△aP和△p為應(yīng)用減阻劑前數(shù);入。為應(yīng)用減阻劑后的摩阻系數(shù)后的管路局部壓力損失,Pa。管輸流體中加入減阻劑后,在流量恒定時表現(xiàn)為一定長度流體段兩端壓差的降低在流體段兩端2環(huán)道系統(tǒng)裝置壓差恒定時表現(xiàn)為流量的增加,流體管段兩截面根據(jù)上述原理,設(shè)計并安裝了環(huán)道測試系統(tǒng)(圖的壓力損失為:1)?？諌簷C壓力為4MPa,排量為0.8m3/min;儲△p=△+△氣罐為不銹鋼材質(zhì),耐壓4MPa,容積為2m2;調(diào)壓△=A閥壓力為4MPa,調(diào)壓范圍為0~2.5MPa;質(zhì)量流式中:△為兩截面間的總壓力損失,Pa;△p為兩截量計通徑6mm,測量范圍5~500kg/h,精度0.1面間的沿程壓力損失Pa;△P;為兩截面間的局部壓kg/h;壓力傳感器測量范圍0~1MPa,精確到力損失,Pa;l為管道長度,m;d為管路內(nèi)徑,m;A0.0中國煤化工為摩阻系數(shù);p為流體密度,kg/m3;u為流速,m/s接近的20號無在部分粗糙區(qū)和完全粗糙區(qū),值都與管壁的縫鋼TYHaCNMH度較小的不銹鋼作者簡介:常維純,工程師,1978年生,2001年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)機械設(shè)計及其自動化專業(yè)現(xiàn)主要從事管輸化學(xué)添加劑的研制與應(yīng)用研究工作。電話:0316-2073609。 E-mail: wuchang@ petrochina,com常維純等:天然氣減阻劑性能測試環(huán)Chang Weichun, et al: Performance Testing loop of Natural Gas DRA304制作盡量減少管路沿程壓力損失。由于每次將信號通過數(shù)據(jù)采集模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸送到計測試需要更換測試管路,測試管段用螺紋活接與管算機,計算機安裝了專門的組態(tài)軟件,可采集、儲存路連接?；蜉敵鰯?shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用8通道數(shù)據(jù)采集模塊,操作由于天然氣氣源不易解決,室內(nèi)測試時使用壓過程中可直接觀測數(shù)據(jù),依靠壓力溫度和流量傳感縮空氣為測試介質(zhì),使用空壓機將其壓縮到一定壓器將壓力、溫度和流量信號轉(zhuǎn)化成電流信號(24V,4力儲存到儲氣罐中,并取常溫、常壓下空氣的粘度20mA)輸送到二次采集儀表,二次采集儀表再系數(shù)。數(shù)據(jù)采集壓縮機計算機質(zhì)量流量計消音器管道末端壓力管道前端壓力傳感器圖1天然氣減阻劑性能測試環(huán)道示意圖加以修正3水力學(xué)特征與誤差分析(3)環(huán)道絕對粗糙度k為17~40pm,低于長輸管道的絕對粗糙度(40pm)1,但相對粗糙度(k/d)由于天然氣減阻劑必須粘結(jié)在管壁上,形成一比實際管道要大得多層牢固的膜,不容易被沖刷掉,因此試驗前必須去除(4)環(huán)道的局部摩阻大,測試管段以外的管路中測試管道內(nèi)壁附著的鐵銹。試驗發(fā)現(xiàn)即使管徑和含有的彎頭球閥、調(diào)節(jié)閥流量計壓力傳感器安裝長度都相同的20號無縫鋼管得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也有密集,其局部摩阻無法消除,但對測試結(jié)果的影響較所不同,可能是由酸洗后管壁的絕對粗糙度不同所小。位于兩個壓力傳感器之間的測試管段安裝接頭致。可見每次更換測試管路都必須測試基礎(chǔ)數(shù)據(jù),(圖2)產(chǎn)生的局部摩阻很大對測試結(jié)果有直接影利用涂敷減阻劑后測試的數(shù)據(jù)與對應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計響,必須經(jīng)過計算加以消除。算減阻率。通過對同一根未涂敷減阻劑測試管路的反復(fù)測試,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相對偏差小于1%,測試環(huán)道儀表精度符合要求與長輸天然氣管道相比,室內(nèi)測試環(huán)道系統(tǒng)具測試管段宜管段有以下特點。圖2接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖(1)輸氣管道的第二臨界雷諾數(shù)為:氣體經(jīng)過活接時,管徑先擴大后縮小(圖3)Re2=11/(分)5測試管段內(nèi)徑為12mm,活結(jié)內(nèi)徑為16mm,截面積之比為0.56,可根據(jù)小管與大管的截面積之比從環(huán)道雷諾數(shù)在24×10~3.4×10°范圍內(nèi),圖3曲線查得5≈0.20,32≈0.23,因為測試管段區(qū)。雷諾數(shù)與長輸管道雷諾數(shù)(10-10)相比,招的受絕對粗糙度k取30pm時,Re>Re2,處于阻力平方部局中國煤化工個活接產(chǎn)生的全對較低。(2)環(huán)道流速為60~80m/s,遠遠高于長輸管CNMHG3 e2u!道。流速增加相當(dāng)于將壓差放大,更容易測試加劑前后的變化,但相應(yīng)增加了局部摩阻,測試數(shù)據(jù)必須△p;=爾油氣儲運Oil Gas Storage and Transportation式中:3為局部壓力損失因數(shù);∑△p;為測試管段螺紋活接產(chǎn)生的全部局部壓力損失,Pa;p,為測試4天然氣減阻劑樣品篩選管段入口和出口的壓縮空氣密度,kg/m3;l1,u2分別為測試管段人口和出口的壓縮空氣流速,以小管對多種具有潛在減阻可能性的化合物進行了環(huán)的流速為準,m/s道性能測試(表1),包括咪唑啉酮類化合物、醇酰胺基類化合物、多酰胺基類表面活性劑、雜環(huán)類化合物、高聚物等。天然氣減阻劑在測試管段內(nèi)部的涂A2敷,是將測試管段使用高濃度液體天然氣減阻劑浸泡來實現(xiàn)能夠作為天然氣減阻劑產(chǎn)品進行開發(fā)的樣品不僅應(yīng)具有良好的即時減阻效果,還應(yīng)具備良好的時效性。通過試驗發(fā)現(xiàn),1~9號樣品減阻效果在5%~8%之間,且經(jīng)過3天后測試效果大幅度降低,不適合作為減阻劑產(chǎn)品開發(fā);10號樣品的即時減阻效果較好,減阻率在10%以上,隨著放置時間的延00204060810長,減阻率有所降低,最后降低到4%左右;11號樣個(擴大)或分(縮小品減阻效果較好,經(jīng)過一周后,減阻率沒有減小,以(a)突然擴大(b)突然縮小后每周測試減阻率都能穩(wěn)定在10%左右,具備作為圖3管路面積突然擴大和突然縮小的局部阻力系數(shù)減阻劑產(chǎn)品開發(fā)的潛力。表2天然氣減阻荊樣品在不同入口壓力下的減阻性能測試結(jié)果不同放置時間樣品的減阻率%樣品入口壓力為0.60MPa入口壓力為0.入口壓力為0即測d7d即測ld7d即測6.45.06.05.08.17.17.85.856789012.7.75.55.05.24.35.63.78.08.010.710.610.6由于室內(nèi)測試環(huán)道受到氣源、測試管段長度等J.油氣儲運,200827(3):1521條件限制不能夠完全真實地反映長輸管道的實際3]8碧,劉兵,李國平等減阻劑的模擬環(huán)道評價[油氣儲工況,因此測試結(jié)果存在一定的局限性,但仍然可為運,2001,20(3):4[4]SMC(中國)有限公司現(xiàn)代實用氣動技術(shù)[J.北京:機被工業(yè)出天然氣減阻劑產(chǎn)品的性能評價提供參考版社,2003:33-34.[5]王中國煤化工毫道絕對當(dāng)量粗糙度的參考文獻[]吳玉國陳寶東輸氣管線摩阻系數(shù)的影響因素以及減阻的主要CNMHG方法[.設(shè)計與研究,2003(5):1-3(收稿日期:2009-0409)[2]李國平劉兵,鮑旭晨,等.天然氣管道的減阻與天然氣減阻劑