降凝劑在原油管輸中的應(yīng)用

惠艷丹 拓榮慶

摘要 陜北原油多屬三高原油，在管道運(yùn)輸過程中受到了很大的限制，對三高原油的管道運(yùn)輸優(yōu)化方案的研究實(shí)際指導(dǎo)意義明顯。本文主要通過研究原油的凝結(jié)機(jī)理，以及在其輸送過程中通過添加降凝劑對其流通物性的改變，從而達(dá)到低溫安全輸送，以期對降凝劑在原油管輸應(yīng)用中有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 原油管輸；降凝劑；降凝機(jī)理；低溫輸送

中圖分類號U17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）67-0137-02

陜北原油具有石蠟含量高、黏度高、凝點(diǎn)高等特點(diǎn)，現(xiàn)管道運(yùn)輸是其主要的運(yùn)輸方式，針對陜北三高原油主要通過逐站加熱的輸送方法，因?yàn)樵诓糠殖鲇蜕俚挠蛥^(qū)不能滿管輸送，小管線輸送過程中溫降大等實(shí)際情況，高凝點(diǎn)原油的輸送不但制約了停輸時間，還帶來了很大的凝管危險性，另外也增大了能源浪費(fèi)和設(shè)備投資率。對此，延長石油管道運(yùn)輸公司已開始探索應(yīng)用降凝劑，并取得了不錯的成效，減阻劑可以有效降低原油凝點(diǎn)，而實(shí)現(xiàn)較低溫安全輸送。

降凝劑的主要成分是一些高分子聚合物，當(dāng)它加注于原油時，可以有效改變原油中的蠟的結(jié)晶習(xí)性、蠟晶體的結(jié)構(gòu)形態(tài)以及晶體之間相互作用的性質(zhì)，使原油凝固點(diǎn)下降、也降低在低溫時的粘度等物性，從而改善了三高原油的低溫流通性。添加降凝劑是實(shí)現(xiàn)低溫輸送的有效途徑，但降凝劑種類繁多，化學(xué)反應(yīng)機(jī)理各不相同，加上不同地區(qū)產(chǎn)出原油物性也有很大的不同，所以在降凝劑的應(yīng)用中，必須有針對性的選擇，合理配對才能提高成效。

1 原油凝結(jié)的主要原理

原油是一種多組分的半流動的復(fù)雜有機(jī)化合物，不同組成，決定了其不同的粘稠度和流動性，一般具有一定的刺鼻臭味。他的流動性主要取決于其中蠟含量的多少，含蠟越高凝固點(diǎn)越高。當(dāng)原油的溫度降到一定值時，蠟狀晶體顆粒在范德華力、共價鍵和氫鍵等力的作用下，碰撞頻率大大增加，非常容易相互結(jié)合，形成特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使原油凝結(jié)而失去了原來的流動性，從而形成不同形態(tài)的蠟晶附著在管路內(nèi)壁致使原油的流動性受到了阻礙難以輸送。

2 降凝劑對含蠟原油的改性原理

2.1降凝劑的作用機(jī)理

含蠟原油凝結(jié)的主要機(jī)理是原油在溫度較低時使原油中高凝固點(diǎn)、高粘性有機(jī)成分易形成蠟狀晶體，這些蠟狀晶體以不同的形態(tài)相互結(jié)合在一起并且形成了三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將低凝點(diǎn)的油分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、污泥、水等等一些組分吸附并包在里面，形成蠟膏狀的物質(zhì)，而使原油失去其流動性。添加降凝劑可以有效影響和改變原油中高凝成分蠟晶的發(fā)育歷程，并改變蠟晶的形態(tài)結(jié)構(gòu)，阻礙和阻止高凝成分形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而改善原油的低溫的流通性。但是，降凝劑并不能抑制蠟晶的析出，只能通過改變蠟晶的結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而抑制三維空間蠟晶形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，達(dá)到使三高原油改性。降凝劑的降凝機(jī)理一般有共晶作用、吸附作用、晶核作用。

2.1.1共晶作用

原油在與其匹配的降凝劑的作用下，通過有效促使烷基鏈與蠟分子產(chǎn)生作用形成結(jié)晶體繼而共同從原油中結(jié)晶出來，過程中不但改變了蠟質(zhì)的結(jié)晶行為，也使蠟晶繼續(xù)發(fā)育的趨向受到了干擾。降凝劑的作用和效果與降凝劑分子中的有效烷基鏈的碳數(shù)密切相關(guān)，當(dāng)降凝劑分子中的有效烷基碳鏈與原油中蠟質(zhì)碳鏈越接近，降凝劑的作用和效果越好。但降凝劑分子中不是所有的側(cè)鏈碳原子都會受到結(jié)晶作用，其受到降凝劑分子的結(jié)構(gòu)特征及空間效應(yīng)影響很大。一般而言，降凝劑分子中的烷基鏈長度大于蠟質(zhì)碳鏈長度時降凝劑的降凝效果較佳。

2.1.2吸附作用

吸附作用就是指當(dāng)原油中加入降凝劑時，降凝劑會通過化學(xué)或物理作用吸附在原油中的一些組分中，形成的蠟狀晶體上或是晶核活動的中心上，從而改變了蠟狀晶體的三維空間結(jié)構(gòu)，致使不同蠟晶體之間的內(nèi)摩擦力也就是粘度大大的降低，繼而起到了降凝的效果。

2.1.3晶核作用

當(dāng)原油中加入降凝劑時降凝劑就會起到晶核作用，也就是說蠟以降凝劑為中心聚攏結(jié)晶，從而改變了蠟狀晶體的空間結(jié)構(gòu)，降低了蠟晶的凝固點(diǎn)繼而起到了良好的降凝效果。

2.2添加降凝劑后非牛頓含蠟原油的膠體的結(jié)構(gòu)特征

降凝劑可以改善含蠟原油的非牛頓流變性，其本質(zhì)原因就是其改善了非牛頓原油的膠體結(jié)構(gòu)。當(dāng)原油中加入降凝劑后含蠟原油的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在許多方面得到了改善：

1）降凝劑可使蠟晶的析出濃度有一定的降低，但程度有限；

2）降凝劑可使吸附在絮凝體中，使其中的液態(tài)油減少；

3）降凝劑使蠟晶絮凝體中的蠟晶絮凝稠密化，并使蠟晶絮凝體的形狀更規(guī)則，形成粗大松散的樹枝狀結(jié)構(gòu)，或準(zhǔn)球形結(jié)構(gòu)，比表面積更小，且蠟晶絮凝體的個數(shù)減少。

上述這三點(diǎn)因素造成非牛頓原油的有效內(nèi)相體積分?jǐn)?shù)以及有效水力體積分?jǐn)?shù)降低，流動阻力減小。有利于原油的管道運(yùn)輸。

3 降凝劑在原油輸送過程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國現(xiàn)有高凝高粘原油的運(yùn)輸一般都采用用傳統(tǒng)的逐級加熱補(bǔ)溫的輸送方法，增加了操作難度，也降低了管輸原油的經(jīng)濟(jì)型，添加降凝劑是通過向原油中加入一種化學(xué)試劑來降低原油在常溫下的粘度，凝固點(diǎn)來提高原油的低溫流變性的一種經(jīng)濟(jì)高效的方法，在國外一些公司早已經(jīng)開始研究并取得很大經(jīng)濟(jì)效益。近些年來，我國的一些石油管輸企業(yè)也開始重視降凝劑的研究和應(yīng)用，一些化工院校通過對降凝劑的加注機(jī)理和效果的研究取得了一些成果，通過努力，相繼研制出了適應(yīng)于不同原油性質(zhì)的降凝劑，而且能夠適用于各種高含蠟原油和各種不同成品油，并在室內(nèi)對我國不同油田采出的不同原油進(jìn)行了降凝實(shí)驗(yàn)，降凝效果明顯，為其實(shí)際應(yīng)用起到了關(guān)鍵作用。另外，化學(xué)降凝法不僅具有操作簡單、設(shè)備投資少等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要后處理，便于對輸油過程進(jìn)行自動化管理。

根據(jù)不同降凝劑對不同組分原油的降凝效果，我國很多石油管輸企業(yè)已經(jīng)在大力使用，添加降凝劑為原油管道運(yùn)輸帶來的經(jīng)濟(jì)性非常明顯，在在很大程度上防止了輸油過程中意外事故的發(fā)生。降凝劑已在我國不少管線得到很好的應(yīng)用，但是，由于降凝劑對原油的選擇性很強(qiáng)，所以我們尚須許多工作要做，必須進(jìn)一步加強(qiáng)對降凝劑的降凝機(jī)理及與原油配對使用的研究。

隨著降凝劑在石油輸送過程的大量有效的使用以及國內(nèi)和國外對降凝劑作用機(jī)理的大力的研究，原油降凝劑在原油輸送過程中的發(fā)展及應(yīng)用必將達(dá)到一個新的水平。延長石油也在長距離管輸過程中用到了降凝劑而且取得了不錯的業(yè)績，認(rèn)為在降凝劑的研究和使用過程中需要對降凝劑作用機(jī)理加強(qiáng)研究，要從熱力學(xué)和動力學(xué)的角度入手，對過程機(jī)理進(jìn)行深度分析；同時對原油流變性質(zhì)和影響機(jī)理要更深層次的進(jìn)行探索與研究，找到影響改變油品凝結(jié)的關(guān)鍵因素，以期獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]牟建海.原油降凝劑的研究進(jìn)展[J].化工科技市場，200I(10)：8-10.

[2]宋昭崢，葛際江，張貴才.高蠟原油降凝劑發(fā)展概況EJ].石油大學(xué)學(xué)報，2001，25(6)：117-122.