天然气减阻剂的合成及减阻性能测试装置的改进与应用

论文摘要

由于全球油气资源分布很不均衡,需求量因地区差异较大,使得油气资源从产地到用户之间需要一个庞大的储运系统来连接。一旦这个储运系统的运行受阻,不仅对油气消费区的经济发展产生不利影响,而且还会给油气生产区的经济造成巨大损失。对于关键的输送环节而言,新建管道难以满足需求,而老管道由于腐蚀老化输送能力又逐渐下降,解决这个矛盾最经济有效的方法就是使用天然气减阻增输技术。目前,国内外普遍采用管道内涂层减阻技术来实现增输,并取得了很好的技术效果和良好的经济效益,但管道内涂层减阻方法施工设备复杂、费用较高,特别是随着输气时间的延长和不定时清管,管道内涂层不断脱落,减阻效果逐渐降低,严重时甚至产生负效应,且只有管径较大时(大于500mm)内涂层才会有经济效益。20世纪90年代,美国率先提出了天然气减阻剂减阻技术,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。直接注入天然气减阻剂减阻技术可以克服管道内涂层减阻技术的不足,具有广阔的应用前景。目前该技术在国外还处于研发阶段,而国内还是空白。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和减阻剂减阻技术。在减阻剂减阻技术中,对天然气减阻剂减阻机理进行了初步探索,指出构成天然气减阻剂的主要物质应具有类似表面活性剂的结构,即一端为长链烷基,另一端为能与钢铁表面牢固结合的具有含氮基团的大分子化合物或聚合物。还分析了天然气减阻剂减阻技术的可行性以及可能存在的问题。根据天然气减阻剂减阻机理,设计并合成了三种天然气减阻剂:多酰胺基减阻剂、长链烷基醇酰胺Ⅰ和长链烷基醇酰胺Ⅱ。用红外光谱图表征了所合成的目的产物,通过优化实验探讨了各种反应条件对反应的影响,给出了最佳合成条件。用SEM技术观察了三种化合物在钢片表面成膜情况,结果表明这三种化合物都具有良好的成膜性能,具有潜在的减阻性能。针对测试中出现的问题,对原有的天然气减阻性能测试系统进行了改造;开发了可以满足减阻性能测试需要的数据采集软件,初步确定了天然气减阻剂性能评价方法;对合成出的各种天然气减阻剂都进行了不同温度和不同浓度的测试,并对测试结果以图表的形式进行了分析;对系统误差进行了理论分析,提出了消除系统误差的建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 国内外天然气管道发展状况
• 1.1.1 国外天然气管道发展状况
• 1.1.2 国内天然气管道发展状况
• 1.2 天然气管道减阻的主要技术现状
• 1.2.1 管道减阻方法
• 1.2.2 管道内涂层减阻技术
• 1.2.3 输气减阻剂发展概况
• 1.3 开展天然气减阻剂减阻技术研究的意义
• 1.4 存在的问题
• 1.4.1 研制方面存在的问题
• 1.4.2 应用方面存在的问题
• 1.5 本论文的主要任务
• 第二章 减阻机理及几种天然气减阻剂的合成
• 2.1 减阻机理研究
• 2.1.1 能量损失的原因
• 2.1.2 管道输气的水力摩阻分析
• 2.1.3 减阻剂作用机理
• 2.2 几种天然气减阻剂的合成
• 2.2.1 多酰胺基减阻剂的合成
• 2.2.1.1 合成原理
• 2.2.1.2 实验仪器及药品
• 2.2.1.3 实验步骤
• 2.2.1.4 产物分析
• 2.2.1.5 正交优化实验
• 2.2.1.6 实验室成膜工艺及电镜分析
• 2.2.2 长链烷基醇酰胺Ⅰ
• 2.2.2.1 合成原理
• 2.2.2.2 实验仪器及药品
• 2.2.2.3 实验步骤
• 2.2.2.4 产物分析
• 2.2.2.5 反应条件对合成的影响
• 2.2.2.6 实验室成膜工艺及电镜分析
• 2.2.3 长链烷基醇酰胺Ⅱ
• 2.2.3.1 合成原理
• 2.2.3.2 产物分析
• 2.2.3.3 反应条件对合成的影响
• 2.2.3.4 实验室成膜工艺及电镜分析
• 2.3 实验小结
• 第三章 数据采集系统与减阻效果评价
• 3.1 环道改动情况
• 3.2 数据采集系统介绍
• 3.2.1 主控窗口
• 3.3.2 历史报表窗口
• 3.2.3 实验数据统计报表窗口
• 3.2.4 控制设定窗口
• 3.3 减阻效果测试与分析
• 3.3.1 测试条件的确定
• 2的取值范围'>3.3.1.1第二临界雷诺数Re₂的取值范围
• 3.3.1.2 质量流量的取值范围
• 3.3.2 测试流程
• 3.3.3 减阻效果分析
• 3.3.3.1 烷基咪唑啉
• 3.3.3.2 烷基咪唑啉复配
• 3.3.3.3 多酰胺基表面活性剂
• 3.3.3.4 长链烷基醇酰胺Ⅰ
• 3.3.3.5 长链烷基醇酰胺Ⅱ
• 3.3.3.6 液体减阻剂
• 3.3.4 系统误差分析
• 第四章 结论及下一步工作方向
• 4.1 结论
• 4.2 下一步工作及建议
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表