天然气减阻剂性能测试环道

油气储运Oil Gas Storage and Transportation天然气减阻剂性能测试环道常维纯王雯娟鲍旭晨张志恒刘兵朱勇军2邢双友3(1.中国石油管道研究中心;2.中国石油管道公司兰成渝分公司;3.中国人民武装警察部队学院训练部)常维纯等.天然气减阻剂性能测试环道油气储运,2010,29(2):121-123摘要:阐述了室内天然气减阻剂性能测试环道的工作原理,介绍了环道系统的水力学特征,分析了测试误差形成的原因与消除方法。应用该环道系统对室内合成的天然气减阻剂样品进行了性能测试,并筛选出最佳天然气减阻率样品,可为天然气减阻剂产品提供评价手段主题词:天然气减阻剂;测试环道;性能评价;水力特性;误差分析减阻就是通过改善流体运动的内部结构或流体绝对粗糙度k有关。添加减阻剂可以降低沿程压力运动的边界条件降低摩阻系数或当量摩阻系数输损失和总压力损失。对于可压缩流体,加剂前后的气管道的减阻借助改善流体运动的边界条件来进密度和流速都有变化,△p的变化是λ、p和u综合变行(,例如增大管径、降低管道内壁粗糙度、采用弹化的结果。为更直观地描述减阻效果,通过测试在性材料护面等。对于未涂敷内减阻涂料的在役天然相同温度、相同质量流量、相同入口压力下的△p1的气管道,可通过添加能够降低内壁表面粗糙度或在相对减小幅度来表示减阻率。在两截面上安装压力内壁表面形成弹性膜层抑制气体脉动2的天然气减表,压力损失为两个压力表之间的压力差△p,其评阻剂实现减阻增输。为评价天然气减阻剂的减阻增价公式为:输效果,设计了室內天然气减阻剂性能测试环道DR=P-△×10%1设计原理若考虑局部摩阻的影响,则减阻率为:DR=(△PA)(AP一△×100%减阻率是摩阻系数降低的比率:式中:△4p和△p为应用减阻剂前后的管段压力DR=A×100%损失,Pa;△p和△bp1为应用减阻剂前后的管段式中:DR为减阻率;A4为应用减阻剂前的摩阻系沿程压力损失,Pa;△aP和△p为应用减阻剂前数;入。为应用减阻剂后的摩阻系数后的管路局部压力损失,Pa。管输流体中加入减阻剂后,在流量恒定时表现为一定长度流体段两端压差的降低在流体段两端2环道系统装置压差恒定时表现为流量的增加,流体管段两截面根据上述原理,设计并安装了环道测试系统(图的压力损失为:1)。空压机压力为4MPa,排量为0.8m3/min;储△p=△+△气罐为不锈钢材质,耐压4MPa,容积为2m2;调压△=A阀压力为4MPa,调压范围为0~2.5MPa;质量流式中:△为两截面间的总压力损失,Pa;△p为两截量计通径6mm,测量范围5~500kg/h,精度0.1面间的沿程压力损失Pa;△P;为两截面间的局部压kg/h;压力传感器测量范围0~1MPa,精确到力损失,Pa;l为管道长度,m;d为管路内径,m;A0.0中国煤化工为摩阻系数;p为流体密度,kg/m3;u为流速,m/s接近的20号无在部分粗糙区和完全粗糙区,值都与管壁的缝钢TYHaCNMH度较小的不锈钢作者简介:常维纯,工程师,1978年生,2001年毕业于中国石油大学(华东)机械设计及其自动化专业现主要从事管输化学添加剂的研制与应用研究工作。电话:0316-2073609。 E-mail: wuchang@ petrochina,com常维纯等:天然气减阻剂性能测试环Chang Weichun, et al: Performance Testing loop of Natural Gas DRA304制作尽量减少管路沿程压力损失。由于每次将信号通过数据采集模块转换成数字信号输送到计测试需要更换测试管路,测试管段用螺纹活接与管算机,计算机安装了专门的组态软件,可采集、储存路连接。或输出数据数据采集系统采用8通道数据采集模块,操作由于天然气气源不易解决,室内测试时使用压过程中可直接观测数据,依靠压力温度和流量传感缩空气为测试介质,使用空压机将其压缩到一定压器将压力、温度和流量信号转化成电流信号(24V,4力储存到储气罐中,并取常温、常压下空气的粘度20mA)输送到二次采集仪表,二次采集仪表再系数。数据采集压缩机计算机质量流量计消音器管道末端压力管道前端压力传感器图1天然气减阻剂性能测试环道示意图加以修正3水力学特征与误差分析(3)环道绝对粗糙度k为17~40pm,低于长输管道的绝对粗糙度(40pm)1,但相对粗糙度(k/d)由于天然气减阻剂必须粘结在管壁上,形成一比实际管道要大得多层牢固的膜,不容易被冲刷掉,因此试验前必须去除(4)环道的局部摩阻大,测试管段以外的管路中测试管道内壁附着的铁锈。试验发现即使管径和含有的弯头球阀、调节阀流量计压力传感器安装长度都相同的20号无缝钢管得到的基础数据也有密集,其局部摩阻无法消除,但对测试结果的影响较所不同,可能是由酸洗后管壁的绝对粗糙度不同所小。位于两个压力传感器之间的测试管段安装接头致。可见每次更换测试管路都必须测试基础数据,(图2)产生的局部摩阻很大对测试结果有直接影利用涂敷减阻剂后测试的数据与对应的基础数据计响,必须经过计算加以消除。算减阻率。通过对同一根未涂敷减阻剂测试管路的反复测试,基础数据相对偏差小于1%,测试环道仪表精度符合要求与长输天然气管道相比,室内测试环道系统具测试管段宜管段有以下特点。图2接头内部结构示意图(1)输气管道的第二临界雷诺数为:气体经过活接时,管径先扩大后缩小(图3)Re2=11/(分)5测试管段内径为12mm,活结内径为16mm,截面积之比为0.56,可根据小管与大管的截面积之比从环道雷诺数在24×10~3.4×10°范围内,图3曲线查得5≈0.20,32≈0.23,因为测试管段区。雷诺数与长输管道雷诺数(10-10)相比,招的受绝对粗糙度k取30pm时,Re>Re2,处于阻力平方部局中国煤化工个活接产生的全对较低。(2)环道流速为60~80m/s,远远高于长输管CNMHG3 e2u!道。流速增加相当于将压差放大,更容易测试加剂前后的变化,但相应增加了局部摩阻,测试数据必须△p;=尔油气储运Oil Gas Storage and Transportation式中:3为局部压力损失因数;∑△p;为测试管段螺纹活接产生的全部局部压力损失,Pa;p,为测试4天然气减阻剂样品筛选管段入口和出口的压缩空气密度,kg/m3;l1,u2分别为测试管段人口和出口的压缩空气流速,以小管对多种具有潜在减阻可能性的化合物进行了环的流速为准,m/s道性能测试(表1),包括咪唑啉酮类化合物、醇酰胺基类化合物、多酰胺基类表面活性剂、杂环类化合物、高聚物等。天然气减阻剂在测试管段内部的涂A2敷,是将测试管段使用高浓度液体天然气减阻剂浸泡来实现能够作为天然气减阻剂产品进行开发的样品不仅应具有良好的即时减阻效果,还应具备良好的时效性。通过试验发现,1~9号样品减阻效果在5%~8%之间,且经过3天后测试效果大幅度降低,不适合作为减阻剂产品开发;10号样品的即时减阻效果较好,减阻率在10%以上,随着放置时间的延00204060810长,减阻率有所降低,最后降低到4%左右;11号样个(扩大)或分(缩小品减阻效果较好,经过一周后,减阻率没有减小,以(a)突然扩大(b)突然缩小后每周测试减阻率都能稳定在10%左右,具备作为图3管路面积突然扩大和突然缩小的局部阻力系数减阻剂产品开发的潜力。表2天然气减阻荆样品在不同入口压力下的减阻性能测试结果不同放置时间样品的减阻率%样品入口压力为0.60MPa入口压力为0.入口压力为0即测d7d即测ld7d即测6.45.06.05.08.17.17.85.856789012.7.75.55.05.24.35.63.78.08.010.710.610.6由于室内测试环道受到气源、测试管段长度等J.油气储运,200827(3):1521条件限制不能够完全真实地反映长输管道的实际3]8碧,刘兵,李国平等减阻剂的模拟环道评价[油气储工况,因此测试结果存在一定的局限性,但仍然可为运,2001,20(3):4[4]SMC(中国)有限公司现代实用气动技术[J.北京:机被工业出天然气减阻剂产品的性能评价提供参考版社,2003:33-34.[5]王中国煤化工毫道绝对当量粗糙度的参考文献[]吴玉国陈宝东输气管线摩阻系数的影响因素以及减阻的主要CNMHG方法[.设计与研究,2003(5):1-3(收稿日期:2009-0409)[2]李国平刘兵,鮑旭晨,等.天然气管道的减阻与天然气减阻剂