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汽油樣品進行沉淀、干燥，得到固體沉淀物；對減阻劑進行過濾，對濾餅進行乙醇抽提和干燥，得到減阻劑聚合物。將兩種物體進行紅外光譜分析，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號車用柴油中進行振蕩、充分溶解后再分析(仍保留有高分子成分)。進行蒸餾試驗，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，樣品進行充分溶解后再進行分析。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站的進站高程相對于Y站的高程低了很多，而在靠近K站進站約3.3 km的地方有一個高點。為保證K站的進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，如果下載站場的進站壓力較高，則可適當(dāng)加強進站減壓措施，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入混油段影響混油段長度，也可預(yù)防減阻劑進入汽油段。

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。