天然氣減阻劑性能測試環(huán)道

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。應用該環(huán)道系統對室內合成的天然氣減阻劑樣品進(jìn)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(jià)手段主題詞:天然氣減阻劑;測試環(huán)道;性能評價(jià);水力特性;誤差分析減阻就是通過(guò)改善流體運動(dòng)的內部結構或流體絕對粗糙度k有關(guān)。添加減阻劑可以降低沿程壓力運動(dòng)的邊界條件降低摩阻系數或當量摩阻系數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(dòng)的邊界條件來(lái)進(jìn)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、降低管道內壁粗糙度、采用彈化的結果。為更直觀(guān)地描述減阻效果,通過(guò)測試在性材料護面等。對于未涂敷內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(guò)添加能夠降低內壁表面粗糙度或在相對減小幅度來(lái)表示減阻率。在兩截面上安裝壓力內壁表面形成彈性膜層抑制氣體脈動(dòng)2的天然氣減表,壓力損失為兩個(gè)壓力表之間的壓力差△p,其評阻劑實(shí)現減阻增輸。為評價(jià)天然氣減阻劑的減阻增價(jià)公式為:輸效果,設計了室內天然氣減阻劑性能測試環(huán)道DR=P-△×10%1設計原理若考慮局部摩阻的影響,則減阻率為:DR=(△PA)(AP一△×100%減阻率是摩阻系數降低的比率:式中:△4p和△p為應用減阻劑前后的管段壓力DR=A×100%損失,Pa;△p和△bp1為應用減阻劑前后的管段式中:DR為減阻率;A4為應用減阻劑前的摩阻系沿程壓力損失,Pa;△aP和△p為應用減阻劑前數;入。為應用減阻劑后的摩阻系數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(shí)表現為一定長(cháng)度流體段兩端壓差的降低在流體段兩端2環(huán)道系統裝置壓差恒定時(shí)表現為流量的增加,流體管段兩截面根據上述原理,設計并安裝了環(huán)道測試系統(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;調壓△=A閥壓力為4MPa,調壓范圍為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(cháng)度,m;d為管路內徑,m;A0.0中國煤化工為摩阻系數;p為流體密度,kg/m3;u為流速,m/s接近的20號無(wú)在部分粗糙區和完全粗糙區,值都與管壁的縫鋼TYHaCNMH度較小的不銹鋼作者簡(jiǎn)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)機械設計及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)現主要從事管輸化學(xué)添加劑的研制與應用研究工作。電話(huà):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(guò)數據采集模塊轉換成數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(zhuān)門(mén)的組態(tài)軟件,可采集、儲存路連接?；蜉敵鰯祿祿杉到y采用8通道數據采集模塊,操作由于天然氣氣源不易解決,室內測試時(shí)使用壓過(guò)程中可直接觀(guān)測數據,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。數據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(cháng)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在管壁上,形成一比實(shí)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壁附著(zhù)的鐵銹。試驗發(fā)現即使管徑和含有的彎頭球閥、調節閥流量計壓力傳感器安裝長(cháng)度都相同的20號無(wú)縫鋼管得到的基礎數據也有密集,其局部摩阻無(wú)法消除,但對測試結果的影響較所不同,可能是由酸洗后管壁的絕對粗糙度不同所小。位于兩個(gè)壓力傳感器之間的測試管段安裝接頭致?？梢?jiàn)每次更換測試管路都必須測試基礎數據,(圖2)產(chǎn)生的局部摩阻很大對測試結果有直接影利用涂敷減阻劑后測試的數據與對應的基礎數據計響,必須經(jīng)過(guò)計算加以消除。算減阻率。通過(guò)對同一根未涂敷減阻劑測試管路的反復測試,基礎數據相對偏差小于1%,測試環(huán)道儀表精度符合要求與長(cháng)輸天然氣管道相比,室內測試環(huán)道系統具測試管段宜管段有以下特點(diǎn)。圖2接頭內部結構示意圖(1)輸氣管道的第二臨界雷諾數為:氣體經(jīng)過(guò)活接時(shí),管徑先擴大后縮小(圖3)Re2=11/(分)5測試管段內徑為12mm,活結內徑為16mm,截面積之比為0.56,可根據小管與大管的截面積之比從環(huán)道雷諾數在24×10~3.4×10°范圍內,圖3曲線(xiàn)查得5≈0.20,32≈0.23,因為測試管段區。雷諾數與長(cháng)輸管道雷諾數(10-10)相比,招的受絕對粗糙度k取30pm時(shí),Re>Re2,處于阻力平方部局中國煤化工個(gè)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(cháng)輸管CNMHG3 e2u!道。流速增加相當于將壓差放大,更容易測試加劑前后的變化,但相應增加了局部摩阻,測試數據必須△p;=爾油氣儲運Oil Gas Storage and Transportation式中:3為局部壓力損失因數;∑△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(jìn)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(lèi)化合物、醇酰胺基類(lèi)化合物、多酰胺基類(lèi)表面活性劑、雜環(huán)類(lèi)化合物、高聚物等。天然氣減阻劑在測試管段內部的涂A2敷,是將測試管段使用高濃度液體天然氣減阻劑浸泡來(lái)實(shí)現能夠作為天然氣減阻劑產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)的樣品不僅應具有良好的即時(shí)減阻效果,還應具備良好的時(shí)效性。通過(guò)試驗發(fā)現,1~9號樣品減阻效果在5%~8%之間,且經(jīng)過(guò)3天后測試效果大幅度降低,不適合作為減阻劑產(chǎn)品開(kāi)發(fā);10號樣品的即時(shí)減阻效果較好,減阻率在10%以上,隨著(zhù)放置時(shí)間的延00204060810長(cháng),減阻率有所降低,最后降低到4%左右;11號樣個(gè)(擴大)或分(縮小品減阻效果較好,經(jīng)過(guò)一周后,減阻率沒(méi)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減阻劑產(chǎn)品開(kāi)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果不同放置時(shí)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由于室內測試環(huán)道受到氣源、測試管段長(cháng)度等J.油氣儲運,200827(3):1521條件限制不能夠完全真實(shí)地反映長(cháng)輸管道的實(shí)際3]8碧,劉兵,李國平等減阻劑的模擬環(huán)道評價(jià)[油氣儲工況,因此測試結果存在一定的局限性,但仍然可為運,2001,20(3):4[4]SMC(中國)有限公司現代實(shí)用氣動(dòng)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(jià)提供參考版社,2003:33-34.[5]王中國煤化工毫道絕對當量粗糙度的參考文獻[]吳玉國陳寶東輸氣管線(xiàn)摩阻系數的影響因素以及減阻的主要CNMHG方法[.設計與研究,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