第二組減阻擊課件

高等流體力學(xué)之減阻劑的原理及應(yīng)用演講人：李寧馮磊小組成員：范思雨杜夢楠李韻南紅巖

熊關(guān)全張若漢黃雪李寧馮磊高等流體力學(xué)之減阻劑的原理及應(yīng)用演講人：李寧馮磊目錄

1.減阻劑的簡介

2.減阻劑的原理

3.減阻劑的應(yīng)用目錄1.減阻劑的簡介2.減阻劑的減阻劑的簡介減阻的起源

早在上世紀末,人們就發(fā)現(xiàn)海生動物的皮膚粘性皮膚有減阻的作用,然而它的重要性卻沒有被人們重視。直到20世紀40年代減阻這一概念才被提出。20世紀初美國紐約的消防隊員曾使用水溶性聚合物增加排水系統(tǒng)的流量。1948年Toms在第一屆國際流變學(xué)會議上發(fā)表了第一篇有關(guān)減阻的論文，文章指出，以少量的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶于氯苯中，摩阻可降低約50%，因此，高聚物減阻又稱為Toms效應(yīng)。減阻劑的簡介減阻的起源減阻劑的簡介減阻劑的概念

摩擦壓降（或摩擦阻力）限制了流體在管道中的流動，造成管道輸量降低或能量消耗增加。在流體中注入少量的高分子聚合物，能在紊流狀態(tài)下降低流動阻力，這種方法稱為高聚物減阻。用于降低流體流動阻力的化學(xué)劑稱為減阻劑（dragreducingagent），簡稱DRA。減阻劑的簡介減阻劑的概念減阻劑的簡介減阻的發(fā)展1979年7月1日，美國CONOCO公司生產(chǎn)的減阻劑首次商業(yè)化應(yīng)用于橫貫阿拉斯加的原油管道，并取得巨大成功，之后，減阻劑被用于海上和陸上的數(shù)百條輸油管道。

減阻聚合物的生產(chǎn)條件很難控制，國際上只有極少數(shù)公司壟斷了這項技術(shù)，其代表是美國的CONOCO公司和BakerHughes公司，他們的產(chǎn)品基本上代表了目前世界上減阻劑生產(chǎn)工藝的最高水平和發(fā)展方向。減阻劑的簡介減阻的發(fā)展減阻劑的簡介我國在80年代初開始在原有管道中應(yīng)用減阻劑。先后在鐵大線、東黃線進行了CDR102的現(xiàn)場試驗,取得了一定的成效。進入90年代后,又先后在鐵大線、秦京線、花格線、格拉縣等多條管道上對LP、FLO-XL、FLO-XS等減阻劑進行了試驗,在減阻劑的應(yīng)用技術(shù)上積累了比較豐富的經(jīng)驗。浙江大學(xué)和成都科技大學(xué)在80年代和90年代初進行了室內(nèi)合成減阻劑的工作,取得了一定的進展。減阻劑的簡介我國在80年代初開始在原有管道中應(yīng)用減阻劑減阻劑的簡介減阻劑的分類減阻劑因指標不同其分類也不同，目前主要按使用對象、溶解性、外觀形態(tài)和不同后續(xù)處理工序驚醒分類。1.按其使用對象分可分為天然氣減阻劑、油品減阻劑；

天然氣減阻劑與油品減阻劑不同，后者直接注入到介質(zhì)中，而前者是以介質(zhì)為中間載體。常用的天然氣減阻劑包括胺的有機酸鹽、噻唑類衍生物等。

油品減阻劑包括高分子聚合物和表面活性劑等。它們具有各自的優(yōu)點與不足。

高分子減阻劑可以在用量很小的情況下,達到很高的減阻效果.然而,在紊流流體的高剪切作用下,其分子量極易因分子鏈的斷裂而降低,甚至失去減阻功能,即通常所說的剪切降解。這種降解是永久性的、不可逆的,這是高分子減阻劑最大的不足。

減阻劑的簡介減阻劑的分類減阻劑的簡介表面活性劑減阻劑是通過在流體中形成膠束而實現(xiàn)減阻的,具有良好的抗剪切性能.但是要實現(xiàn)減阻,表面活性劑含量必須達到臨界濃度,用量較大,此外,表面活性劑必須在流體中混合均勻了才能達到較好的減阻效果,這對于原油管道運輸來說又存在一個添加方法的問題,很不經(jīng)濟。

為了解決減阻共聚物的超高分子量與剪切易降解之間的矛盾,受膠束減阻抗剪切原理應(yīng)力控制可逆性的啟發(fā),研制出締合性高分子減阻劑,利用締合性鍵的締合可逆性來解決高分子鏈在剪切作用下的不可逆降解問題。它同時表明配位鍵的締合作用有可能成為聯(lián)接表面活性劑與高分子兩類減阻劑各自優(yōu)點的橋梁,因此具有重要的研究意義。

減阻劑的簡介表面活性劑減阻劑是通過在流體中形成膠減阻劑的簡介

2.減阻劑按其溶解性可分為水溶性和油溶性兩大類：

水溶性減阻劑目前發(fā)現(xiàn)有效的很多,如人工合成PEO(聚氧化乙烯)、PAM(聚丙烯酰胺)、天然的瓜膠、田青粉槐樹豆、皂角粉等。油溶性減阻劑有聚異丁烯、烯烴共聚物、聚長鏈a-烯烴、聚甲基丙烯酸酮及其它。

3.根據(jù)聚合物不同后續(xù)處理工藝可分為高粘度膠狀減阻劑、水基乳膠狀減阻劑、低粘度膠狀減阻劑、非水基懸浮膠狀減阻劑。減阻劑的簡介減阻劑的原理光滑減阻說湍流抑制說粘彈說緩沖區(qū)說減阻劑的原理光滑減阻說湍流抑制說粘彈說緩沖區(qū)說減阻劑的減阻劑機理比較復(fù)雜，它涉及到流變學(xué)、流體動力學(xué)、聚合物的物理化學(xué)等學(xué)科。到目前為止，還沒有一個有說服力的理論對減阻現(xiàn)象作出合理的解釋，許多學(xué)者和研究人員對這一現(xiàn)象的認識也不盡相同。從目前來看，減阻劑的減阻機理主要有粘彈說、湍流抑制說等等，尚沒有完全定論，以下對幾種學(xué)說分別作一簡單介紹。減阻劑的原理減阻劑的減阻劑機理比較復(fù)雜，它涉及到流變學(xué)、流粘彈說

粘彈說提出高聚物溶液的減阻作用是溶液粘彈性與湍流旋渦發(fā)生相互作用的結(jié)果。高聚物的濃溶液具有粘彈性已為實驗所證實。湍流旋渦的一部分動能被聚合物分子吸收,以彈性能的形式儲存起來,使旋渦動能減少,旋渦消耗的能量也隨之減少。減阻劑添加濃度的幅度將影響它在管道內(nèi)形成彈性底層的厚度,濃度越大,彈性底層越厚,減阻效果越好。粘彈說粘彈說提出高聚物溶液的減阻作用是溶液

減阻劑分子填充管道壁上的“凹谷”，減小管道內(nèi)壁的粗糙度從而實現(xiàn)減阻。光滑減阻機理

光滑減阻機理

根據(jù)雷諾數(shù)(Re)的大小可以出現(xiàn)兩種不同類型的流動，即湍流和層流。在層流中，流體阻力僅由流體中相鄰各流層之間的動量交換所決定。圖：減阻劑的原理根據(jù)雷諾數(shù)(Re)的大小可以出現(xiàn)兩種不同類型的流動，即湍流和在湍流中，速度分布趨于平均化，流體阻力主要取決于湍流旋渦和管壁之間的動量傳遞與不同尺寸的旋渦之間的動量傳遞。在湍流中，流體質(zhì)點的運動速度隨機變化著，形成大大小小的旋渦，大尺度旋渦從流體中吸收能量發(fā)生變形、破碎，向小尺度旋渦轉(zhuǎn)化。小尺度旋渦又稱耗散性旋渦，在粘滯力作用下被減弱、平息。它所攜帶的部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而耗散。在近管壁邊界層內(nèi)，由于管壁剪切應(yīng)力和粘滯力的作用，這種轉(zhuǎn)化更為嚴重。圖：湍流抑制說在湍流中，速度分布趨于平均化，流體阻力主要取決于湍流旋渦和管

湍流中的旋渦流動湍流抑制說湍流中的旋渦流動湍流抑制說

湍流抑制說

根據(jù)這一理論，湍流抑制說的基本觀點是：減阻劑加入到管道以后，減阻劑靠本身的粘彈性，分子長鏈順流向自然拉伸，其微元直接影響流體微元的運動。來自流體微元的徑向作用力作用在減阻劑微元上，使其發(fā)生扭曲旋轉(zhuǎn)變形。減阻劑分子間引力抵抗上述作用力反作用于流體微元，改變了流體微元的作用力大小和方向，使一部分徑向力轉(zhuǎn)變?yōu)轫樍飨虻妮S向力，從而減少無用功的消耗，宏觀上起到減少摩阻損失的作用。湍流抑制說根據(jù)這一理論，湍流抑制說的基最新的研究成果表明

,在管道中,流體流動沿徑向分為三部分。管道的中心為紊流核心,它包含了管道中的絕大部分流體,其液體質(zhì)點不斷發(fā)生相互撞擊與摻混,雜亂無章的向前運動。貼近管臂的是層流底層,其液體質(zhì)點成層地向前運動。層流底層與紊流漩渦之間為緩沖區(qū),其流動狀態(tài)表現(xiàn)為層流到紊流的過渡，緩沖區(qū)是紊流最先形成的地方。層流低層靠近緩沖區(qū)的那部分成為薄間層。薄間層中的液體分子會偶爾進入緩沖區(qū),而后開始振動,形成渦流漩渦,同時運動加速,向紊流核心靠近,最終進入紊流核心。

薄層間的液體分子從緩沖區(qū)進入紊流核心的瞬間會損耗大量的能量。減阻高聚物主要在緩沖區(qū)起作用。減阻高聚物分子可以在流體中伸展,吸收薄層間的能量,干擾薄層間的液體分子從緩沖區(qū)進入紊流核心,從而阻止其形成紊流或減弱紊流程度。最新的研究成果表明,在管道中,流體流動沿徑向分為三部分。第二組減阻擊課件兩種極端減阻劑不起作用在層流中，流體受粘滯力作用，沒有湍流那種渦流耗散，因此加入減阻劑沒有效果。隨著雷諾數(shù)增大進入湍流，減阻劑就開始發(fā)揮減阻作用。雷諾數(shù)越大，減阻效果越明顯。當雷諾數(shù)大到一定程度，即流體剪切應(yīng)力足以破壞減阻劑分子鏈結(jié)構(gòu)時，減阻劑將降露而失去減阻效果。

兩種極端減阻劑不起作用減阻劑的應(yīng)用原油運輸供熱生物醫(yī)學(xué)泄洪水下武器發(fā)射消防領(lǐng)域減阻劑的應(yīng)用原油運輸供熱生物醫(yī)學(xué)泄洪水下武器發(fā)射消防領(lǐng)域原油運輸減阻劑的作用：提高管道運輸量油田的原油產(chǎn)量增加或成品油的需求量提高，都需要增加管道輸量。然而，對于已建管道，其最高輸量是限定的。當沒有必要再建一條管道，而汽車運輸成本又比較高時，應(yīng)用減阻劑增加管道輸量則是最佳選擇。保障管道安全運行管道的安全主要是指管道具有一定的耐壓能力。受土壤和油品中腐蝕性物質(zhì)的影響，管道內(nèi)、外表面會發(fā)生各種腐蝕，出現(xiàn)坑陷、管壁變薄等現(xiàn)象，使管道耐壓能力降低；或者由于管道內(nèi)壁附著一層石蠟、膠質(zhì)等沉積物，使管道當量管徑變小，正常輸量時油品運行壓力升高。應(yīng)用減阻劑后，可在輸量相同的條件下，降低管道沿程摩阻壓降，從而使管道沿線各點的壓力明顯低于該點的管壁壓力，實現(xiàn)管道安全運行。原油運輸減阻劑的作用：原油運輸降低固定投資減阻劑可在滿足輸量要求的條件下明顯降低管道壓力，在設(shè)計新管道時，使用減阻劑可以滿足耐壓要求（降低輸油泵規(guī)模、減小管徑或壁厚等），也可以減少泵站或增大站間距（阿拉斯加原油管道因應(yīng)用減阻劑而少建兩座泵站）。增加經(jīng)濟效益和社會效益減阻劑技術(shù)可以隨時隨地用于增大管道輸量，不僅滿足了市場需求，而且也提高了管輸效益。在2008年春季南方抗擊雨雪冰凍災(zāi)害和四川汶川大地震的搶險救災(zāi)難，通過在成品油管道注入EP減阻劑，每天向災(zāi)區(qū)多運送成品油數(shù)千噸，有力地支援了災(zāi)區(qū)抗震救災(zāi)工作。原油運輸降低固定投資原油運輸消除卡脖子段多泵站長輸管道的輸油量取決于可行輸量最低的站段。若因自然災(zāi)害或人為因素使某站段的摩阻顯著上升，則該站段就形成了卡脖子段，其可行輸量會嚴重降低，導(dǎo)致輸油任務(wù)難以完成，最好的解決辦法就是應(yīng)用減阻劑。2005年8月，鐵大復(fù)線在遼寧清河遭遇特大洪水沖擊，其中一條被沖斷，另一條受到嚴重破壞。這次事故對上游油田儲罐的存儲能力和下游煉廠用戶構(gòu)成了嚴重威脅，由于在該卡脖子站段及時應(yīng)用了EP減阻劑，使受傷管道超負荷安全運行，完成了兩條管道的輸油任務(wù)，保證了大慶原油及時外輸。在印度、墨西哥灣等地都曾應(yīng)用減阻劑消除卡脖子段。原油運輸消除卡脖子段原油運輸中國實例：近年來，新疆塔河油田開展了乳化酸的研究工作和現(xiàn)場施工，取得了顯著效果。乳化酸是一種緩速酸，但由于乳化酸的摩阻較高，施工壓力高，不利于大排量施工，因而阻礙了乳化酸進一步推廣。研究人員通過在油中加入NT19降阻劑，降低外相間分子界面張力和外相與管柱間的摩擦阻力，從而達到降低乳化酸注入摩阻目的。原油運輸中國實例：供熱表面活性劑與高聚物相比，它最大的優(yōu)點就是具有降解可逆性，即在高剪切力或高溫作用下，其減阻能力被暫時破壞后，待剪切力或流體溫度降低到有效范圍內(nèi)時，它又可恢復(fù)減阻性能。鑒于表面活性劑溶液的該特性，表面活性劑湍流減阻主要應(yīng)用于有泵的循環(huán)系統(tǒng)，如集中熱水/冷水系統(tǒng)。

供熱表面活性劑與高聚物相比，它最大的優(yōu)點就是具有降解可逆性，供熱表面活性劑（或膠束）具有減阻可逆性并且能耐一定的高溫而不降解。焦利芳通過考察減阻劑加入供熱系統(tǒng)后總流量的變化情況表明，在減阻劑持續(xù)加入該供熱系統(tǒng)時,系統(tǒng)的減阻增輸效果明顯，即系統(tǒng)總流量快速上升。但停止加入減阻劑，使系統(tǒng)中的CTAC（十六烷基三甲基氯化銨）水溶液保持在某一濃度時，該循環(huán)系統(tǒng)的減阻效應(yīng)維持時間較短，經(jīng)過一段時間后，減阻效應(yīng)基本消失，即系統(tǒng)總流量降到接近未加入減阻劑時的水平。減阻劑在供熱工程中應(yīng)用可大幅降低流動阻力，今后應(yīng)該深入開展這方面的研究工作，以獲得良好的節(jié)能和環(huán)保綜合效益。供熱表面活性劑（或膠束）具有減阻可逆性并且能耐一定的高溫而生物醫(yī)學(xué)某些大分子物質(zhì)具有一定的減阻性能和黏彈性，注入血液后，在極低用量（納摩爾級）的情況下，即可明顯改善不同動物模型的血流動力學(xué)。在不升高動脈血壓的情況下，增加心輸出量、動脈血流速度和組織微循環(huán)灌注；降低出血性休克模型動物的死亡率；增加和改善正常小鼠以及糖尿病模型動物的微循環(huán)；明顯提高動物的運動能力，并且減少嚴重缺氧導(dǎo)致的死亡率。生物醫(yī)學(xué)某些大分子物質(zhì)具有一定的減阻性能和黏彈性，注入其他應(yīng)用減阻劑也可用在消防給水中,減少液體在管道內(nèi)流動的阻力,提高水的速度和射程,大大提高滅火效率,減小火災(zāi)損失。據(jù)報導(dǎo),減阻劑不但對管道輸送起減阻作用,就是用噴射水滅火器救火時,若水中加入一定量的聚氧化乙烯,其射出水速度可提高4倍左右,這無疑可以大大提高滅火速度和效率,減小火災(zāi)損失。研究說明,國產(chǎn)高聚物聚丙烯酰胺(PAM)具有顯著的減阻效果,減阻百分比E隨溶液濃度、渠道底坡及水力半徑的增大而增大.明渠水流減阻,可以增大泄量,從而達到減小排水構(gòu)筑物尺寸,削減工程投資的目的.應(yīng)用減阻技術(shù),除了可用于增大水庫泄放,城市泄洪以及污水排放的作用外,還可作為超設(shè)計標準特殊防護的一種措施.

其他應(yīng)用減阻劑也可用在消防給水中,減少液體在管道內(nèi)流動的阻微囊減阻劑據(jù)文獻報道，將高濃度減阻聚合物微粒封裝在由某些惰性物質(zhì)組成的外殼內(nèi)，便制成了微囊減阻劑，又稱MDRA。生產(chǎn)微囊減阻劑的方法有很多種，主要包括靜態(tài)擠壓法、離心擠壓法、振動噴嘴法、旋轉(zhuǎn)盤法、界面聚合、多元凝聚、懸浮聚合等。生產(chǎn)微囊減阻劑的靜態(tài)擠壓噴嘴和微囊的形成過程見右圖。微囊減阻劑據(jù)文獻報道，將高濃度減阻聚合物微粒封裝在由某些惰性微囊減阻劑使用這種裝置生產(chǎn)微囊減阻劑，是將聚合反應(yīng)單體、催化劑和外殼材料分別從中心孔和外環(huán)套中加入，并以一定的速度從裝置下端擠出，形成微囊減阻劑顆粒。擠出速度非常重要，當擠出速度慢時，形成的微囊顆粒外觀規(guī)整、尺寸均一；相反，如果擠出速度較快，將會使微囊顆粒發(fā)生粘連，造成微囊顆粒形狀異常、大小不一。在生產(chǎn)過程中保持一定頻率的振動，將有利于控制微囊顆粒的粒度。由于單體是在封閉的小微囊內(nèi)進行本體聚合反應(yīng)，對于單個微囊，反應(yīng)規(guī)模極小，因此，反應(yīng)條件可以得到很好地控制，特別是反應(yīng)熱能夠被及時散發(fā)掉。如果單體是α-烯烴，通常使用齊格勒-納塔體系催化劑，并在微囊形成之前加入。由于齊格勒-納塔體系催化劑遇到氧氣會迅速失效，因此反應(yīng)體系內(nèi)不能有氧氣存在。某些單體可以使用紫外線引發(fā)聚合，但紫外線必須能夠穿透微囊外殼。微囊減阻劑使用這種裝置生產(chǎn)微囊減阻劑，是將聚合反應(yīng)單體、催化微囊減阻劑微囊外殼是微囊減阻劑的重要組成部分，外殼材料與微囊內(nèi)芯的反應(yīng)物不能相互反應(yīng)或混溶。如果微囊內(nèi)芯是α-烯烴聚合反應(yīng)體系，為避免催化劑失效，微囊外殼中就不能有氧氣存在，但少量的羥基和羧基對聚合反應(yīng)影響不大。比較合適的外殼材料有聚丁烯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇、蠟、硬脂酸等。若微囊外殼本身是聚合物，其聚合反應(yīng)可以在生產(chǎn)微囊減阻劑的過程中進行，但是不能制約形成微囊系統(tǒng)的其它技術(shù)需求。另外要求微囊外殼在運輸和儲存過程中性能穩(wěn)定，其破碎或溶解殘渣對原油或石油產(chǎn)品的物化性質(zhì)以及油品加工過程沒有影響。微囊外殼可以通過溶解在注入介質(zhì)或管輸流體中、機械破碎、融化、光化學(xué)破碎、生物降解、化合等方法去除。微囊減阻劑微囊外殼是微囊減阻劑的重要組成部分，外殼材料與微囊高等流體力學(xué)之減阻劑的原理及應(yīng)用演講人：李寧馮磊小組成員：范思雨杜夢楠李韻南紅巖

熊關(guān)全張若漢黃雪李寧馮磊高等流體力學(xué)之減阻劑的原理及應(yīng)用演講人：李寧馮磊目錄

1.減阻劑的簡介

2.減阻劑的原理

3.減阻劑的應(yīng)用目錄1.減阻劑的簡介2.減阻劑的減阻劑的簡介減阻的起源

早在上世紀末,人們就發(fā)現(xiàn)海生動物的皮膚粘性皮膚有減阻的作用,然而它的重要性卻沒有被人們重視。直到20世紀40年代減阻這一概念才被提出。20世紀初美國紐約的消防隊員曾使用水溶性聚合物增加排水系統(tǒng)的流量。1948年Toms在第一屆國際流變學(xué)會議上發(fā)表了第一篇有關(guān)減阻的論文，文章指出，以少量的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶于氯苯中，摩阻可降低約50%，因此，高聚物減阻又稱為Toms效應(yīng)。減阻劑的簡介減阻的起源減阻劑的簡介減阻劑的概念

摩擦壓降（或摩擦阻力）限制了流體在管道中的流動，造成管道輸量降低或能量消耗增加。在流體中注入少量的高分子聚合物，能在紊流狀態(tài)下降低流動阻力，這種方法稱為高聚物減阻。用于降低流體流動阻力的化學(xué)劑稱為減阻劑（dragreducingagent），簡稱DRA。減阻劑的簡介減阻劑的概念減阻劑的簡介減阻的發(fā)展1979年7月1日，美國CONOCO公司生產(chǎn)的減阻劑首次商業(yè)化應(yīng)用于橫貫阿拉斯加的原油管道，并取得巨大成功，之后，減阻劑被用于海上和陸上的數(shù)百條輸油管道。

減阻聚合物的生產(chǎn)條件很難控制，國際上只有極少數(shù)公司壟斷了這項技術(shù)，其代表是美國的CONOCO公司和BakerHughes公司，他們的產(chǎn)品基本上代表了目前世界上減阻劑生產(chǎn)工藝的最高水平和發(fā)展方向。減阻劑的簡介減阻的發(fā)展減阻劑的簡介我國在80年代初開始在原有管道中應(yīng)用減阻劑。先后在鐵大線、東黃線進行了CDR102的現(xiàn)場試驗,取得了一定的成效。進入90年代后,又先后在鐵大線、秦京線、花格線、格拉縣等多條管道上對LP、FLO-XL、FLO-XS等減阻劑進行了試驗,在減阻劑的應(yīng)用技術(shù)上積累了比較豐富的經(jīng)驗。浙江大學(xué)和成都科技大學(xué)在80年代和90年代初進行了室內(nèi)合成減阻劑的工作,取得了一定的進展。減阻劑的簡介我國在80年代初開始在原有管道中應(yīng)用減阻劑減阻劑的簡介減阻劑的分類減阻劑因指標不同其分類也不同，目前主要按使用對象、溶解性、外觀形態(tài)和不同后續(xù)處理工序驚醒分類。1.按其使用對象分可分為天然氣減阻劑、油品減阻劑；

天然氣減阻劑與油品減阻劑不同，后者直接注入到介質(zhì)中，而前者是以介質(zhì)為中間載體。常用的天然氣減阻劑包括胺的有機酸鹽、噻唑類衍生物等。

油品減阻劑包括高分子聚合物和表面活性劑等。它們具有各自的優(yōu)點與不足。

高分子減阻劑可以在用量很小的情況下,達到很高的減阻效果.然而,在紊流流體的高剪切作用下,其分子量極易因分子鏈的斷裂而降低,甚至失去減阻功能,即通常所說的剪切降解。這種降解是永久性的、不可逆的,這是高分子減阻劑最大的不足。

減阻劑的簡介減阻劑的分類減阻劑的簡介表面活性劑減阻劑是通過在流體中形成膠束而實現(xiàn)減阻的,具有良好的抗剪切性能.但是要實現(xiàn)減阻,表面活性劑含量必須達到臨界濃度,用量較大,此外,表面活性劑必須在流體中混合均勻了才能達到較好的減阻效果,這對于原油管道運輸來說又存在一個添加方法的問題,很不經(jīng)濟。

為了解決減阻共聚物的超高分子量與剪切易降解之間的矛盾,受膠束減阻抗剪切原理應(yīng)力控制可逆性的啟發(fā),研制出締合性高分子減阻劑,利用締合性鍵的締合可逆性來解決高分子鏈在剪切作用下的不可逆降解問題。它同時表明配位鍵的締合作用有可能成為聯(lián)接表面活性劑與高分子兩類減阻劑各自優(yōu)點的橋梁,因此具有重要的研究意義。

減阻劑的簡介表面活性劑減阻劑是通過在流體中形成膠減阻劑的簡介

2.減阻劑按其溶解性可分為水溶性和油溶性兩大類：

水溶性減阻劑目前發(fā)現(xiàn)有效的很多,如人工合成PEO(聚氧化乙烯)、PAM(聚丙烯酰胺)、天然的瓜膠、田青粉槐樹豆、皂角粉等。油溶性減阻劑有聚異丁烯、烯烴共聚物、聚長鏈a-烯烴、聚甲基丙烯酸酮及其它。

3.根據(jù)聚合物不同后續(xù)處理工藝可分為高粘度膠狀減阻劑、水基乳膠狀減阻劑、低粘度膠狀減阻劑、非水基懸浮膠狀減阻劑。減阻劑的簡介減阻劑的原理光滑減阻說湍流抑制說粘彈說緩沖區(qū)說減阻劑的原理光滑減阻說湍流抑制說粘彈說緩沖區(qū)說減阻劑的減阻劑機理比較復(fù)雜，它涉及到流變學(xué)、流體動力學(xué)、聚合物的物理化學(xué)等學(xué)科。到目前為止，還沒有一個有說服力的理論對減阻現(xiàn)象作出合理的解釋，許多學(xué)者和研究人員對這一現(xiàn)象的認識也不盡相同。從目前來看，減阻劑的減阻機理主要有粘彈說、湍流抑制說等等，尚沒有完全定論，以下對幾種學(xué)說分別作一簡單介紹。減阻劑的原理減阻劑的減阻劑機理比較復(fù)雜，它涉及到流變學(xué)、流粘彈說

粘彈說提出高聚物溶液的減阻作用是溶液粘彈性與湍流旋渦發(fā)生相互作用的結(jié)果。高聚物的濃溶液具有粘彈性已為實驗所證實。湍流旋渦的一部分動能被聚合物分子吸收,以彈性能的形式儲存起來,使旋渦動能減少,旋渦消耗的能量也隨之減少。減阻劑添加濃度的幅度將影響它在管道內(nèi)形成彈性底層的厚度,濃度越大,彈性底層越厚,減阻效果越好。粘彈說粘彈說提出高聚物溶液的減阻作用是溶液

減阻劑分子填充管道壁上的“凹谷”，減小管道內(nèi)壁的粗糙度從而實現(xiàn)減阻。光滑減阻機理

光滑減阻機理

根據(jù)雷諾數(shù)(Re)的大小可以出現(xiàn)兩種不同類型的流動，即湍流和層流。在層流中，流體阻力僅由流體中相鄰各流層之間的動量交換所決定。圖：減阻劑的原理根據(jù)雷諾數(shù)(Re)的大小可以出現(xiàn)兩種不同類型的流動，即湍流和在湍流中，速度分布趨于平均化，流體阻力主要取決于湍流旋渦和管壁之間的動量傳遞與不同尺寸的旋渦之間的動量傳遞。在湍流中，流體質(zhì)點的運動速度隨機變化著，形成大大小小的旋渦，大尺度旋渦從流體中吸收能量發(fā)生變形、破碎，向小尺度旋渦轉(zhuǎn)化。小尺度旋渦又稱耗散性旋渦，在粘滯力作用下被減弱、平息。它所攜帶的部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而耗散。在近管壁邊界層內(nèi)，由于管壁剪切應(yīng)力和粘滯力的作用，這種轉(zhuǎn)化更為嚴重。圖：湍流抑制說在湍流中，速度分布趨于平均化，流體阻力主要取決于湍流旋渦和管

湍流中的旋渦流動湍流抑制說湍流中的旋渦流動湍流抑制說

湍流抑制說

根據(jù)這一理論，湍流抑制說的基本觀點是：減阻劑加入到管道以后，減阻劑靠本身的粘彈性，分子長鏈順流向自然拉伸，其微元直接影響流體微元的運動。來自流體微元的徑向作用力作用在減阻劑微元上，使其發(fā)生扭曲旋轉(zhuǎn)變形。減阻劑分子間引力抵抗上述作用力反作用于流體微元，改變了流體微元的作用力大小和方向，使一部分徑向力轉(zhuǎn)變?yōu)轫樍飨虻妮S向力，從而減少無用功的消耗，宏觀上起到減少摩阻損失的作用。湍流抑制說根據(jù)這一理論，湍流抑制說的基最新的研究成果表明

,在管道中,流體流動沿徑向分為三部分。管道的中心為紊流核心,它包含了管道中的絕大部分流體,其液體質(zhì)點不斷發(fā)生相互撞擊與摻混,雜亂無章的向前運動。貼近管臂的是層流底層,其液體質(zhì)點成層地向前運動。層流底層與紊流漩渦之間為緩沖區(qū),其流動狀態(tài)表現(xiàn)為層流到紊流的過渡，緩沖區(qū)是紊流最先形成的地方。層流低層靠近緩沖區(qū)的那部分成為薄間層。薄間層中的液體分子會偶爾進入緩沖區(qū),而后開始振動,形成渦流漩渦,同時運動加速,向紊流核心靠近,最終進入紊流核心。

薄層間的液體分子從緩沖區(qū)進入紊流核心的瞬間會損耗大量的能量。減阻高聚物主要在緩沖區(qū)起作用。減阻高聚物分子可以在流體中伸展,吸收薄層間的能量,干擾薄層間的液體分子從緩沖區(qū)進入紊流核心,從而阻止其形成紊流或減弱紊流程度。最新的研究成果表明,在管道中,流體流動沿徑向分為三部分。第二組減阻擊課件兩種極端減阻劑不起作用在層流中，流體受粘滯力作用，沒有湍流那種渦流耗散，因此加入減阻劑沒有效果。隨著雷諾數(shù)增大進入湍流，減阻劑就開始發(fā)揮減阻作用。雷諾數(shù)越大，減阻效果越明顯。當雷諾數(shù)大到一定程度，即流體剪切應(yīng)力足以破壞減阻劑分子鏈結(jié)構(gòu)時，減阻劑將降露而失去減阻效果。

兩種極端減阻劑不起作用減阻劑的應(yīng)用原油運輸供熱生物醫(yī)學(xué)泄洪水下武器發(fā)射消防領(lǐng)域減阻劑的應(yīng)用原油運輸供熱生物醫(yī)學(xué)泄洪水下武器發(fā)射消防領(lǐng)域原油運輸減阻劑的作用：提高管道運輸量油田的原油產(chǎn)量增加或成品油的需求量提高，都需要增加管道輸量。然而，對于已建管道，其最高輸量是限定的。當沒有必要再建一條管道，而汽車運輸成本又比較高時，應(yīng)用減阻劑增加管道輸量則是最佳選擇。保障管道安全運行管道的安全主要是指管道具有一定的耐壓能力。受土壤和油品中腐蝕性物質(zhì)的影響，管道內(nèi)、外表面會發(fā)生各種腐蝕，出現(xiàn)坑陷、管壁變薄等現(xiàn)象，使管道耐壓能力降低；或者由于管道內(nèi)壁附著一層石蠟、膠質(zhì)等沉積物，使管道當量管徑變小，正常輸量時油品運行壓力升高。應(yīng)用減阻劑后，可在輸量相同的條件下，降低管道沿程摩阻壓降，從而使管道沿線各點的壓力明顯低于該點的管壁壓力，實現(xiàn)管道安全運行。原油運輸減阻劑的作用：原油運輸降低固定投資減阻劑可在滿足輸量要求的條件下明顯降低管道壓力，在設(shè)計新管道時，使用減阻劑可以滿足耐壓要求（降低輸油泵規(guī)模、減小管徑或壁厚等），也可以減少泵站或增大站間距（阿拉斯加原油管道因應(yīng)用減阻劑而少建兩座泵站）。增加經(jīng)濟效益和社會效益減阻劑技術(shù)可以隨時隨地用于增大管道輸量，不僅滿足了市場需求，而且也提高了管輸效益。在2008年春季南方抗擊雨雪冰凍災(zāi)害和四川汶川大地震的搶險救災(zāi)難，通過在成品油管道注入EP減阻劑，每天向災(zāi)區(qū)多運送成品油數(shù)千噸，有力地支援了災(zāi)區(qū)抗震救災(zāi)工作。原油運輸降低固定投資原油運輸消除卡脖子段多泵站長輸管道的輸油量取決于可行輸量最低的站段。若因自然災(zāi)害或人為因素使某站段的摩阻顯著上升，則該站段就形成了卡脖子段，其可行輸量會嚴重降低，導(dǎo)致輸油任務(wù)難以完成，最好的解決辦法就是應(yīng)用減阻劑。2005年8月，鐵大復(fù)線在遼寧清河遭遇特大洪水沖擊，其中一條被沖斷，另一條受到嚴重破壞。這次事故對上游油田儲罐的存儲能力和下游煉廠用戶構(gòu)成了嚴重威脅，由于在該卡脖子站段及時應(yīng)用了EP減阻劑，使受傷管道超負荷安全運行，完成了兩條管道的輸油任務(wù)，保證了大慶原油及時外輸。在印度、墨西哥灣等地都曾應(yīng)用減阻劑消除卡脖子段。原油運輸消除卡脖子段原油運輸中國實例：近年來，新疆塔河油田開展了乳化酸的研究工作和現(xiàn)場施工，取得了顯著效果。乳化酸是一種緩速酸，但由于乳化酸的摩阻較高，施工壓力高，不利于大排量施工，因而阻礙了乳化酸進一步推廣。研究人員通過在油中加入NT19降阻劑，降低外相間分子界面張力和外相與管柱間的摩擦阻力，從而達到降低乳化酸注入摩阻目的。原油運輸中國實例：供熱表面活性劑與高聚物相比，它最大的優(yōu)點就是具有降解可逆性，即在高剪切力或高溫作用下，其減阻能力被暫時破壞后，待剪切力或流體溫度降低到有效范圍內(nèi)時，它又可恢復(fù)減阻性能。鑒于表面活性劑溶液的該特性，表面活性劑湍流減阻主要應(yīng)用于有泵的循環(huán)系統(tǒng)，如集中熱水/冷水系統(tǒng)。

供熱表面活性劑與高聚物相比，它最大的優(yōu)點就是具有降解可逆性，供熱表面活性劑（或膠束）具有減阻可逆性并且能耐一定的高溫而不降解。焦利芳通過考察減阻劑加入供熱系統(tǒng)后總流量的變化情況表明，在減阻劑持續(xù)加入該供熱系統(tǒng)時,系統(tǒng)的減阻增輸效果明顯，即系統(tǒng)總流量快速上升。但停止加入減阻劑，使系統(tǒng)中的CTAC（十六烷基三甲基氯化銨）水溶液保持在某一濃度時，該循環(huán)系統(tǒng)的減阻效應(yīng)維持時間較短，經(jīng)過一段時間后，減阻效應(yīng)基本消失，即系統(tǒng)總流量降到接近未加入減阻劑時的水平。減阻劑在供熱工程中應(yīng)用可大幅降低流動阻力，今后應(yīng)該深入開展這方面的研究工作，以獲得良好的節(jié)能和環(huán)保綜合效益。供熱表面活性劑（或膠束）具有減阻可逆性并且能耐一定的高溫而生物醫(yī)學(xué)某些大分子物質(zhì)具有一定的減阻性能和黏彈性，注入血液后，在極低用量（納摩爾級）的情況下，即可明顯改善不同動物模型的血流動力學(xué)。在不升高動脈血壓的情況下，增加心輸出量、動脈血流速度和組織微循環(huán)灌注；降低出血