林景麗(中國石化銷售有限公司華南分公司廣東廣州 510620)

隨著管道運輸技術(shù)的日臻成熟，國內(nèi)成品油管道的規(guī)模和運輸能力不斷擴(kuò)大，成為成品油運輸?shù)闹髁?。對于已?jīng)建設(shè)完成的成品油管道，提高管輸量可能會受到管道設(shè)計壓力、泵加壓能力等限制。在成品油管道中添加減阻劑以后，可以較大程度地發(fā)揮管道的作用，達(dá)到提高輸量、降低運輸成本的目的。成品油管道加注減阻劑會越來越廣泛，然而成品油質(zhì)量是否會受到減阻劑的影響，效益和質(zhì)量能否同時兼顧呢？本文進(jìn)行了探討,經(jīng)試驗和驗證提出了減少減阻劑影響油品質(zhì)量的措施,供參考。

一、減阻劑的應(yīng)用和作用

減阻劑是一種分散在有機(jī)非溶劑中的水溶性或油溶性高分子烴類聚合物，可降低摩擦壓力損失，提高烴類產(chǎn)品在管道中的流量。

以貝克休斯的FLO系列減阻劑為例,它是一種α-烯烴的高分子聚合物和其溶液(脂肪醇、丙二醇醚、烷基酰胺、乙二醇醚)組成的懸浮液，起減阻作用的主要是高分子聚合物，此高分子聚合物在流動的油品中可迅速溶解并展開為鏈狀形態(tài)，減低油流的紊流程度，達(dá)到降低管道沿程摩阻的目的。

某成品油管道共有24個站點，其中主干線1555.6 km，YK支線17.3 km，是一條高差起伏較大、出站壓力高、運行工況復(fù)雜的管道。該成品油管道交替輸送汽油和柴油，在輸送過程中會產(chǎn)生混油段。在輸送柴油時，管道摩阻較大，為了降低能耗、提高管輸量，解決主輸泵壓力不足的問題，在關(guān)鍵的10個泵站設(shè)有減阻劑加注系統(tǒng)，向柴油中添加貝克休斯的FLO系列減阻劑。加注減阻劑后每年可提高約16%的管輸量，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

二、某成品油管道的減阻劑應(yīng)用事件剖析

1.事件經(jīng)過及原因分析

2012年6月11日16:23時某成品油管道K站下載完汽油頂柴油的混油后，開始下載011批次的93號車用汽油。12日14:05發(fā)現(xiàn)取樣口滴漏的半桶油品十分粘稠，挑起后有拉絲現(xiàn)象。K站所取的93號車用汽油樣品中有12日14:30時、16:23時、13日4:23時三個油樣有粘稠和拉絲現(xiàn)象發(fā)生。其余時點及管道的其余站場下載的汽油，均沒有發(fā)現(xiàn)粘稠拉絲情況。

通過試驗測定餾程和膠質(zhì)，發(fā)現(xiàn)問題汽油的未洗膠質(zhì)和淋洗膠質(zhì)、終餾點均不合格；6月12日14:30時管道的在線油樣，未洗膠質(zhì)不合格，淋洗膠質(zhì)合格；通過加熱和燃燒試驗，根據(jù)加熱后油樣的清澈情況、燃燒的難易程度、氣味、黑煙和燃燒殘留物、殘留物是否溶于正戊烷溶劑等情況，推斷粘稠物為高分子成分。遂安排對各注入油源進(jìn)行減阻劑混合試驗，發(fā)現(xiàn)減阻劑加注量多或少，加注在汽油中或加注在柴油中均有頭發(fā)絲狀粘稠物生成，推斷加注的減阻劑對油品質(zhì)量有一定影響，可能其中的某些物質(zhì)與油品發(fā)生反應(yīng)、聚合，形成高分子膠狀物質(zhì)。初步確定本次事件屬于減阻劑問題。

2.事件與減阻劑的關(guān)系研究

011批次某成品油管道沿線各站的減阻劑加注情況為：0號車用柴油全線共有7個站場加注減阻劑，絕大部分為貝克休斯減阻劑，累計加注濃度體積濃度為23-29μL/L，其中離K站最近的加注點在P站，約248 km。011批次汽油沒有加注減阻劑。

對K站汽油黏稠拉絲現(xiàn)象的樣品進(jìn)行實驗研究及相關(guān)信息分析，主要內(nèi)容如下：

汽油中是否含有減阻劑

(1)紅外光譜分析。

用乙醇對K汽油樣品進(jìn)行沉淀、干燥，得到固體沉淀物；對減阻劑進(jìn)行過濾，對濾餅進(jìn)行乙醇抽提和干燥，得到減阻劑聚合物。將兩種物體進(jìn)行紅外光譜分析，從K站汽油乙醇沉淀物紅外譜圖和減阻劑聚合物紅外譜圖中可以看到，在長鏈烷烴-CH2的面內(nèi)搖擺振動頻率(721cm-1和723cm-1)處均有吸收峰，說明K站 6月12日14:30汽油樣品和減阻劑聚合物中都含有長鏈烷烴。

(2)凝膠色譜分析

定性分析。將減阻劑聚合物溶解于四氫呋喃中，用W aters1515凝膠色譜儀進(jìn)行GPC分析，減阻劑聚合物的保留時間為14.2 m in。取不同質(zhì)量的貝克休斯FLO減阻劑樣品分別加入到無減阻劑的93號車用汽油和0號車用柴油中，進(jìn)行凝膠色譜分析。減阻劑在油品中的出峰時間也為14.2 m in。用凝膠色譜對K站6月12日14:30時的汽油樣品進(jìn)行分析，在14.2 m in檢測到信號。實驗結(jié)果表明，K站6月12日14:30時的汽油樣品含有高分子成分，且保留時間與減阻劑聚合物的保留時間一致。

定量分析。用相對分子質(zhì)量為66×104、37×104和12×104的聚苯乙烯標(biāo)樣進(jìn)行GPC分析，對應(yīng)的保留時間分別為14.98 m in、15.10 m in、15.30 m in，因此減阻劑(保留時間14.2 m in)聚合物的相對分子量大于66×104。根據(jù)出峰面積計算，K站6月12日14:30的汽油中含有減阻劑187 mg/L?；煊凸藜拔塾凸迌?nèi)的減阻劑含量則很低。

減阻劑在油品中溶解的模擬試驗

分別將同一質(zhì)量濃度和不同質(zhì)量濃度的減阻劑液加入不同批次的0號車用柴油和93號車用汽油中，采用靜置、攪拌、振蕩等方式加速溶解和均勻化，測試減阻劑溶解狀況和20℃下的運動黏度變化。

通過試驗得知，在一定濃度范圍內(nèi)，減阻劑在汽油和柴油中是可以溶解的，與常見的高分子溶解過程一致，都有“溶脹-粘稠-逐漸變稀”的過程；靜態(tài)情況下溶解速度很慢，沒有充分溶解時，會出現(xiàn)粘稠拉絲現(xiàn)象。減阻劑濃度越高，溶解需要的時間越長；振蕩可加速溶解，但是對高分子鏈沒有剪切作用(GPC測試仍有保留時間為14 m in的高分子峰)。影響減阻劑在柴油和汽油中溶解程度的因素有減阻劑濃度、溶解時間和混合方式等。

三、減阻劑對油品質(zhì)量影響的測試

1.減阻劑對柴油性能的影響

(1)加注25 mg/kg FLO減阻劑到0號普通柴油中的測試

在餾程(GB/T6536)測試中，從初餾點到95%回收溫度，加入減阻劑和不加的測試結(jié)果一致性較好，其差值均沒有超過方法重復(fù)性要求的范圍，但加入減阻劑的回收溫度普遍比未加的回收溫度偏高，尤其是初餾點和95%回收溫度分別高出2.6℃和3.0℃。

在運動黏度測試(GB/T265)、氧化安定性測試(SH/T0175)和10%蒸余物殘?zhí)紲y試(GB/T17144)中，加入減阻劑和不加入減阻劑的測試結(jié)果一致性較好，其差值均沒有超過方法重復(fù)性要求的范圍。

在十六烷值(GB/T386)的測試中，加入減阻劑和不加減阻劑的油品測試結(jié)果存在一定的差異，其差值超過了方法對重復(fù)性限的要求，但在方法的再現(xiàn)性限要求范圍內(nèi)。

在進(jìn)行熱重分析時，加入減阻劑和未加減阻劑的樣品都在大于300℃時揮發(fā)干凈，25 mg/kg減阻劑的加入量對其沒有影響。

由表1的測試結(jié)果可以看出，加入少量(25 mg/kg減阻劑)到0號普通柴油中，將使部分項目測試結(jié)果略有增大，但大多在方法要求的重復(fù)性范圍內(nèi)，也都是合格的。

表1 減阻劑對0號普通柴油主要理化性能的影響

(2)加注不同質(zhì)量濃度的FLO減阻劑到0號車用柴油中的測試

試驗中減阻劑添加質(zhì)量濃度在50 mg/L～250 mg/L，減阻劑加到0號車用柴油中進(jìn)行振蕩、充分溶解后再分析(仍保留有高分子成分)。進(jìn)行蒸餾試驗，由餾程數(shù)據(jù)可知，初餾點比不加入減阻劑的柴油增加約6℃，其它回收溫度影響不大。

由表2可知，減阻劑對殘?zhí)?、十六烷值和氧化安定性的影響都不大。加?0 mg/L和75 mg/L減阻劑，柴油黏度無明顯變化，加入100 mg/L～250 mg/L，黏度有所增加，但增加幅度不大。

表2 減阻劑對0號車用柴油主要理化性能的影響

2.減阻劑對汽油性能的影響

試驗樣品中減阻劑添加質(zhì)量濃度為 30mg/L和60mg/L，樣品進(jìn)行充分溶解后再進(jìn)行分析。分析項目包括餾程(GB/T6536)、膠質(zhì)(GB/T8019)和誘導(dǎo)期(GB/T 8018)。

蒸餾試驗結(jié)果表明減阻劑對93號車用汽油餾程的影響不明顯。

由表3可以看出，加入30 mg/L和60 mg/L減阻劑，對誘導(dǎo)期和淋洗膠質(zhì)的影響不明顯，但未洗膠質(zhì)增加。

表3 減阻劑對93號車用汽油主要理化性能的影響

四、減少減阻劑對油品質(zhì)量影響的措施

1.減阻劑的選擇

一是要根據(jù)加注能力，選擇濃度適宜的減阻劑，防止選用濃度太高，以減少加注難度和加快溶解速度。二是減阻劑加注到成品油中時，在相同的系列內(nèi)，應(yīng)選擇相對分子質(zhì)量較高的，這樣可以適當(dāng)降低加注濃度。三是同一個牌號的減阻劑，在使用前要進(jìn)行減阻性能測試，根據(jù)油品流量和加劑量的變化，確定最優(yōu)的加注方案；之后再進(jìn)貨的減阻劑均要求有效成分穩(wěn)定、具有相同的減阻性能，在加注量上變化不大；在同個站點、同個流量范圍內(nèi)，減阻劑加注量要相對穩(wěn)定，如果變化較大，應(yīng)及時向供應(yīng)商追究責(zé)任，必要時暫停加注減阻劑，以減少風(fēng)險。

2.加注點的選擇

減阻劑在正常的管道流動中不會降解，但是在通過泵、閥門、彎頭等具有高剪切力的區(qū)域時，會被剪切而分解成相對分子量較小的片段。

減阻劑加注以后需要充分溶解才能展開高分子長鏈，高分子長鏈需在不被剪切成分子片段的情況下才能起減阻作用，而加注過減阻劑的成品油在使用前又要求經(jīng)過剪切，才能減少對油品質(zhì)量和汽車發(fā)動機(jī)的影響。

為保證減阻效果，減阻劑的注入點要位于輸送泵的出口端；而為了減少減阻劑對油品質(zhì)量的影響，油品下載點與減阻劑加注點的壓力差越大越好，下載前最好能再經(jīng)過減壓閥、過濾器等設(shè)備。因此要均衡能效和質(zhì)量的關(guān)系，需選擇合適的加注點和成品油下載點，既保證減阻效果又確保油品使用前經(jīng)過充分剪切。

3.加注量的控制

減阻劑的注入濃度取決于流量增輸需求、流體性質(zhì)和管路的水力學(xué)特性。從以上K站減阻劑應(yīng)用事件分析和國內(nèi)有關(guān)試驗可以知道，加注濃度太高，油品將會粘稠拉絲，且柴油的初餾點和汽油的未洗膠質(zhì)可能受影響，其他質(zhì)量指標(biāo)也會有小幅度的變化，因此必須嚴(yán)格控制減阻劑的加注濃度。

減阻劑的注入濃度在一個范圍內(nèi)減阻效果較好，這個范圍為減阻高效區(qū)。當(dāng)注入濃度超出這個范圍時，減阻效果將不明顯。因此，對于新使用的減阻劑，要先逐段(兩個泵站之間)測試注入濃度和油品流量變化之間的關(guān)系曲線，并確保所加注的減阻劑濃度處于減阻高效區(qū)的低濃度點，這樣既能起到減阻作用，又能減少減阻劑對油品質(zhì)量的影響。操作人員不得隨意改變加注濃度，需要提高濃度時要進(jìn)行申請和審批。

如果管道的輸送泵可提高輸送壓力，要優(yōu)先啟泵輸送，減少減阻劑的使用，不能為了節(jié)能降費而忽略油品質(zhì)量問題。

另外，在同條管段順序輸送柴油和汽油時，由于輸送汽油時，油品黏度低，沿程摩阻小，故建議不添加減阻劑。

4.管道運行壓力的控制

前例中某成品油管道YK支線(Y站到K站)，K站的進(jìn)站高程相對于Y站的高程低了很多，而在靠近K站進(jìn)站約3.3 km的地方有一個高點。為保證K站的進(jìn)站壓力不高于泄壓壓力，輸送時人為降低Y站往支線的出站壓力，使得在K站進(jìn)站約3.3 km處的高點形成一個翻越點，翻越點以后的管道將出現(xiàn)油品不滿流的現(xiàn)象。這種操作方式無需開啟支線泵，能達(dá)到節(jié)能的目的。但是從保證油品質(zhì)量的角度看，翻越點以后由于不滿流，以往輸送柴油時加注的、尚未被完全剪切的減阻劑可能會聚集在一個低點，當(dāng)輸送介質(zhì)變更或工況、流態(tài)變化時，可能會被帶到K站。

因此，對有加注減阻劑的站場，應(yīng)控制好后續(xù)管道的運行壓力，確保不出現(xiàn)翻越點，如果下載站場的進(jìn)站壓力較高，則可適當(dāng)加強(qiáng)進(jìn)站減壓措施，方可保證油品質(zhì)量。

5.其他注意事項

一是儲存。減阻劑需儲存于原裝容器中，防止直接光照，置于干燥、涼爽和通風(fēng)良好的區(qū)域；對于開封后的減阻劑，應(yīng)在一年內(nèi)使用完，確保不變質(zhì)。

二是加注前處理。減阻劑在加注前要進(jìn)行充分的攪拌，確保有效成分和溶劑能很好地混合，以利于減阻劑加注到油品中的溶解。

三是加注時間。加注時間要把握好，在柴油到站一段時間后再開始加注減阻劑(例如0.5 h后)，在汽油到站前一段時間就停止加注減阻劑(例如提前2 h)，這樣既可防止減阻劑進(jìn)入混油段影響混油段長度，也可預(yù)防減阻劑進(jìn)入汽油段。

結(jié)語

經(jīng)分析，某成品油管道YK支線出現(xiàn)的油品中的粘性物質(zhì)是減阻劑。K站油品中能檢測到含有減阻劑的有效成分，是因為減阻劑聚集、減阻劑加入后剪切力不足所致。

實驗說明，減阻劑加注量合適、加注后充分溶解，加注減阻劑的成品油在使用前充分剪切不會影響油品質(zhì)量。反之則會使油品粘稠及影響部分理化指標(biāo)。

只要做好使用過程控制，確保合適的加入量和加注方式，就可以提高輸量、節(jié)約運行成本，不影響油品質(zhì)量和使用性能。