天然氣減阻劑的合成及減阻性能測試裝置的改進與應(yīng)用

【摘要】： 由于全球油氣資源分布很不均衡,需求量因地區(qū)差異較大,使得油氣資源從產(chǎn)地到用戶之間需要一個龐大的儲運系統(tǒng)來連接。一旦這個儲運系統(tǒng)的運行受阻,不僅對油氣消費區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生不利影響,而且還會給油氣生產(chǎn)區(qū)的經(jīng)濟造成巨大損失。對于關(guān)鍵的輸送環(huán)節(jié)而言,新建管道難以滿足需求,而老管道由于腐蝕老化輸送能力又逐漸下降,解決這個矛盾最經(jīng)濟有效的方法就是使用天然氣減阻增輸技術(shù)。目前,國內(nèi)外普遍采用管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)來實現(xiàn)增輸,并取得了很好的技術(shù)效果和良好的經(jīng)濟效益,但管道內(nèi)涂層減阻方法施工設(shè)備復(fù)雜、費用較高,特別是隨著輸氣時間的延長和不定時清管,管道內(nèi)涂層不斷脫落,減阻效果逐漸降低,嚴重時甚至產(chǎn)生負效應(yīng),且只有管徑較大時(大于500mm)內(nèi)涂層才會有經(jīng)濟效益。 20世紀90年代,美國率先提出了天然氣減阻劑減阻技術(shù),并在實際輸氣管道中進行了應(yīng)用實驗,取得了初步效果。該技術(shù)是將具有表面活性劑性質(zhì)的被稱作天然氣減阻劑的化學品定期注入天然氣管道中,通過極性端對鋼鐵表面的吸附,形成彈性分子薄膜,達到降低管壁粗糙度實現(xiàn)減阻的目的。直接注入天然氣減阻劑減阻技術(shù)可以克服管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)的不足,具有廣闊的應(yīng)用前景。目前該技術(shù)在國外還處于研發(fā)階段,而國內(nèi)還是空白。 本文綜述了國內(nèi)外天然氣管道發(fā)展的技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢,著重分析了天然氣管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)和減阻劑減阻技術(shù)。在減阻劑減阻技術(shù)中,對天然氣減阻劑減阻機理進行了初步探索,指出構(gòu)成天然氣減阻劑的主要物質(zhì)應(yīng)具有類似表面活性劑的結(jié)構(gòu),即一端為長鏈烷基,另一端為能與鋼鐵表面牢固結(jié)合的具有含氮基團的大分子化合物或聚合物。還分析了天然氣減阻劑減阻技術(shù)的可行性以及可能存在的問題。 根據(jù)天然氣減阻劑減阻機理,設(shè)計并合成了三種天然氣減阻劑:多酰胺基減阻劑、長鏈烷基醇酰胺Ⅰ和長鏈烷基醇酰胺Ⅱ。用紅外光譜圖表征了所合成的目的產(chǎn)物,通過優(yōu)化實驗探討了各種反應(yīng)條件對反應(yīng)的影響,給出了最佳合成條件。用SEM技術(shù)觀察了三種化合物在鋼片表面成膜情況,結(jié)果表明這三種化合物都具有良好的成膜性能,具有潛在的減阻性能。 針對測試中出現(xiàn)的問題,對原有的天然氣減阻性能測試系統(tǒng)進行了改造;開發(fā)了可以滿足減阻性能測試需要的數(shù)據(jù)采集軟件,初步確定了天然氣減阻劑性能評價方法;對合成出的各種天然氣減阻劑都進行了不同溫度和不同濃度的測試,并對測試結(jié)果以圖表的形式進行了分析;對系統(tǒng)誤差進行了理論分析,提出了消除系統(tǒng)誤差的建議。 【關(guān)鍵詞】：天然氣管道 減阻劑 合成 減阻性能 測試環(huán)道
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TE869
【目錄】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 文獻綜述11-29
• 1.1 國內(nèi)外天然氣管道發(fā)展狀況11-15
• 1.1.1 國外天然氣管道發(fā)展狀況11-14
• 1.1.2 國內(nèi)天然氣管道發(fā)展狀況14-15
• 1.2 天然氣管道減阻的主要技術(shù)現(xiàn)狀15-25
• 1.2.1 管道減阻方法15-16
• 1.2.2 管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)16-20
• 1.2.3 輸氣減阻劑發(fā)展概況20-25
• 1.3 開展天然氣減阻劑減阻技術(shù)研究的意義25-27
• 1.4 存在的問題27-28
• 1.4.1 研制方面存在的問題27
• 1.4.2 應(yīng)用方面存在的問題27-28
• 1.5 本論文的主要任務(wù)28-29
• 第二章 減阻機理及幾種天然氣減阻劑的合成29-51
• 2.1 減阻機理研究29-32
• 2.1.1 能量損失的原因29-30
• 2.1.2 管道輸氣的水力摩阻分析30-31
• 2.1.3 減阻劑作用機理31-32
• 2.2 幾種天然氣減阻劑的合成32-50
• 2.2.1 多酰胺基減阻劑的合成32-40
• 2.2.1.1 合成原理33
• 2.2.1.2 實驗儀器及藥品33
• 2.2.1.3 實驗步驟33-34
• 2.2.1.4 產(chǎn)物分析34-36
• 2.2.1.5 正交優(yōu)化實驗36-38
• 2.2.1.6 實驗室成膜工藝及電鏡分析38-40
• 2.2.2 長鏈烷基醇酰胺Ⅰ40-46
• 2.2.2.1 合成原理40
• 2.2.2.2 實驗儀器及藥品40
• 2.2.2.3 實驗步驟40
• 2.2.2.4 產(chǎn)物分析40-42
• 2.2.2.5 反應(yīng)條件對合成的影響42-44
• 2.2.2.6 實驗室成膜工藝及電鏡分析44-46
• 2.2.3 長鏈烷基醇酰胺Ⅱ46-50
• 2.2.3.1 合成原理46-47
• 2.2.3.2 產(chǎn)物分析47
• 2.2.3.3 反應(yīng)條件對合成的影響47-49
• 2.2.3.4 實驗室成膜工藝及電鏡分析49-50
• 2.3 實驗小結(jié)50-51
• 第三章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與減阻效果評價51-81
• 3.1 環(huán)道改動情況51-53
• 3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)介紹53-56
• 3.2.1 主控窗口53-54
• 3.3.2 歷史報表窗口54
• 3.2.3 實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表窗口54-55
• 3.2.4 控制設(shè)定窗口55-56
• 3.3 減阻效果測試與分析56-81
• 3.3.1 測試條件的確定56-58
• 3.3.1.1第二臨界雷諾數(shù)Re_2的取值范圍56-57
• 3.3.1.2 質(zhì)量流量的取值范圍57-58
• 3.3.2 測試流程58-59
• 3.3.3 減阻效果分析59-78
• 3.3.3.1 烷基咪唑啉59-63
• 3.3.3.2 烷基咪唑啉復(fù)配63-65
• 3.3.3.3 多酰胺基表面活性劑65-69
• 3.3.3.4 長鏈烷基醇酰胺Ⅰ69-72
• 3.3.3.5 長鏈烷基醇酰胺Ⅱ72-76
• 3.3.3.6 液體減阻劑76-78
• 3.3.4 系統(tǒng)誤差分析78-81
• 第四章 結(jié)論及下一步工作方向81-83
• 4.1 結(jié)論81
• 4.2 下一步工作及建議81-83
• 參考文獻83-88
• 致謝88-89
• 學位論文評閱及答辯情況表89

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