CN108006438A - 一种湍流减阻剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于管道领域的湍流减阻技术，特别涉及一种湍流减阻剂及其制备方法：将十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠充分分散于水中，再加入稳定剂并充分搅拌。

Description

一种湍流减阻剂及其制备方法
技术领域
本发明属于管道领域的湍流减阻技术，特别涉及一种湍流减阻剂及其制备方法。
背景技术
如今随着世界能耗的不断增加，能源问题一直是比较棘手的问题，特别像我国人口众多的国家，人均资源占有量远低于世界的平均水平，且对于能源的需求更加巨大，所以节约能源对于中国来说乃至于对于全世界来说是相当重要的大事。能源的消耗主要发生在能源交通运输过程中，且表面摩擦占很大的比例，而在长距离的管道运输过程中，泵站的动力几乎全部用于克服表面摩擦力，由于表面摩擦阻力的存在，会将油气由层流状态转变为湍流状态，由于湍流的存在会所以湍流减阻对长距离的管道输油具有重要的意义，已引起了广泛的重视。
湍流减阻对提高能源的利用率、保护生态坏境等都有重要的意义。近年来国际学术界对湍流减阻的基础和运用研究十分重视，每年都要召开有关于湍流减阻的学术会议，湍流减阻已经发展成为当今流体力学及流体工程界的一个热门学科。添加剂湍流减阻技术作为湍流减阻重要的一个分支，是指在管道中的流体湍流流动中加入微量的添加剂，从而使湍流摩擦阻力显著降低的流体输送技术，与其他湍流减阻技术相比，其特点是湍流减阻效果最为明显，也是最为廉价且容易操作。
发明内容
本发明提供了一种湍流减阻剂，包括十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠，
还可以包括稳定剂水杨酸钠，
表面活性剂在湍流流体流动中产生减阻效应的因素是内部生成微观结构，即所谓的剪切诱导结构，这是由于表面活性剂溶于水后，在稳定剂的帮助下，其小分子会形成棒状微观结构，在适度切应力作用下又会形成网状微观结构，该网状微观结构能够产生一种称之为“粘弹性”的流变学物性，表现出特殊的非牛顿流体性质，该类流体也被称为粘弹性流体，也正是由于溶液流动内部产生了粘弹性，继而与湍流之间发生作用，产生湍流减阻功效，但溶液流动内部的网状微观结构也会基于强剪切作用被解离、破坏，
本专利将三种表面活性剂复配在一起作为减阻剂，在聚合物减阻领域是比较罕见的，除了能够扩大减阻范围(如温度范围、速度范围、雷诺数范围等)外，其混合减阻溶液所形成的胶束溶液表现出明显的抗剪切稀释的能力，其临界剪切应力比三种表面活性剂各自形成的减阻液的临界剪切应力都要大，所形成的减阻溶液比单一的表面活性剂减阻溶液的最大临界剪切应力增强45％，在外界剪切作用超过三种表面活性剂中最大的剪切应力时，仍可以保持不错的减阻效果；最大减阻率比单一表面活性剂作用时的最大减阻率提高20％的减阻效果，
稳定剂水杨酸钠可以促进表面活性剂胶束体系的生长，生成蠕虫状胶束，而这样的蠕虫状胶束结构很容易在剪切力的作用下形成剪切诱导结构，剪切诱导结构可以减少流体中湍流的发生，从而减小湍流切应力，抑制表面活性剂胶束被剪切破坏提高其稳定性；另外羟基连接链之间存在氢键作用促进表面活性剂端基的亲水性，促进反离子解离，增大了胶束表面的电荷密度更加强烈结合水杨酸根反离子，减小了端基间的静电斥力，反过来增强了分子间氢键，导致表面活性剂抗剪切能力增强而提高其剪切能力，
相比于水杨酸钠对单独每一种表面活性剂的稳定效果而言，本方案中需要加入的水杨酸钠量更少了，加入更少量就能达到稳定的效果，这样配制成的减阻液毒性减弱，且节省了原料，
按照重量份数计算，十二烷基硫酸钠15～50份、二辛基琥珀酸磺酸钠15～50份、十二烷基苯磺酸钠15～50份，水杨酸钠2～3×10-3份。
本发明还提供了一种上述湍流减阻剂的制备方法：
将十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠充分分散于水中，再加入稳定剂并充分搅拌。
本发明针对目前减阻剂减阻率低的问题，提供一种新型的减阻剂配方，其特点是减阻率大、稳定性强、剪切恢复性强；为了发挥每种减阻剂的最大优点，对三种减阻剂进行了不同比例的配比，并且研究了其最佳的稳定剂，最终选取水杨酸钠作为稳定剂，此种配方在稳定剂作用下发挥了每种减阻剂的最大优点，最终达到了最佳减阻效果。
具体实施方式
实施例1
在常温(25℃)下，取500mL水，边搅拌边向其中加入十二烷基硫酸钠150g、二辛基琥珀酸磺酸钠200g、十二烷基苯磺酸钠100g，继续搅拌5分钟，然后于搅拌状态下加入12mg稳定剂水杨酸钠并继续搅拌5分钟，最后加水稀释至体积为1L后搅拌30min即可。
将上述制备得到的减阻剂混合物按1％的质量浓度加入到流体水中，经检测，在温度25℃、流体流速1.8m/s、雷诺数6500的条件下，减阻剂混合物所达到的协同效果最佳，比十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠三者中单一表面活性剂(在摩尔用量相等的前提下)按相同方式配成的减阻溶液的最大临界剪切应力还要增强45％；其他测试条件下，减阻剂混合物所达到的协同临界剪切应力相比于此时单一表面活性剂(在摩尔用量相等的前提下)按相同方式配成的减阻溶液的最大临界剪切应力增强得没有那么多，甚至协同后不如单一的表面活性剂(在摩尔用量相等的前提下)。
同样，将实施例1中制备得到的减阻剂混合物按1％的质量浓度加入到流体水中，经检测，在温度25℃、流体流速0.8m/s、雷诺数6200的条件下，减阻剂混合物的协同减阻率最佳，相比于十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠三者中单一表面活性剂(在摩尔用量相等的前提下)按相同方式配成的减阻溶液的最大减阻率还要提高20％。
对比实施例1
仅将实施例1中的稳定剂水杨酸钠的用量增加为20mg，其余组分及操作不变。
将得到的减阻剂混合物按1％的质量浓度加入到流体水中，经检测，其减阻性能相比于实施例1基本不变：在温度25℃、流体流速1.9m/s、雷诺数6700的条件下，减阻剂混合物所达到的协同效果最佳，比十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠三者中单一表面活性剂(在摩尔用量相等的前提下)按相同方式配成的减阻溶液的最大临界剪切应力增强42％；在温度25℃、流体流速1.4m/s、雷诺数6600的条件下，减阻剂混合物的协同减阻率最佳，相比于十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠三者中单一表面活性剂(在摩尔用量相等的前提下)按相同方式配成的减阻溶液的最大减阻率提高21％。可见实施例1中稳定剂水杨酸钠的用量已经充足。
对比实施例2
将实施例1中的“十二烷基苯磺酸钠”替换为等摩尔的“月桂酸钠”，其余组分及操作不变。
将得到的减阻剂混合物按1％的质量浓度加入到流体水中，经检测，相比于十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、月桂酸钠三者中单一表面活性剂按相同方式配成的减阻溶液，对比实施例2中得到的减阻剂混合物仅能够扩大减阻范围，但是在15℃～75℃、流体流速0.025m/s～2.5m/s、雷诺数5000～50000的环境(即减阻剂使用时的常规条件)下，均未发现三种表面活性剂合用后的效果能够优于其中单一表面活性剂(在摩尔用量相等的前提下)按相同方式配成的减阻溶液的最大临界剪切应力或最大减阻率。
对比实施例3
将实施例1中的“二辛基琥珀酸磺酸钠”替换为等质量的“OP-10”，其余组分及操作不变。
将得到的减阻剂混合物按1％的质量浓度加入到流体水中，经检测，相比于十二烷基硫酸钠、OP-10、十二烷基苯磺酸钠三者中单一表面活性剂按相同方式配成的减阻溶液，对比实施例3中得到的减阻剂混合物仅能够扩大减阻范围，但是在15℃～75℃、流体流速0.025m/s～2.5m/s、雷诺数5000～50000的环境(即减阻剂使用时的常规条件)下，均未发现三种表面活性剂合用后的效果能够优于其中单一表面活性剂(在摩尔用量相等的前提下)按相同方式配成的减阻溶液的最大临界剪切应力或最大减阻率。
实施例2
在常温(25℃)下，取500mL水，边搅拌边向其中加入十二烷基硫酸钠200g、二辛基琥珀酸磺酸钠200g、十二烷基苯磺酸钠150g，继续搅拌5分钟，然后于搅拌状态下加入12mg稳定剂水杨酸钠并继续搅拌5分钟，最后加水稀释至体积为1L后搅拌30min即可。

Claims (4)

1.一种湍流减阻剂，其特征在于：包括十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠。
2.如权利要求1所述的湍流减阻剂，其特征在于：还包括稳定剂水杨酸钠。
3.如权利要求2所述的湍流减阻剂，其特征在于：按照重量份数计算，十二烷基硫酸钠15～50份、二辛基琥珀酸磺酸钠15～50份、十二烷基苯磺酸钠15～50份，水杨酸钠2～3×10-3份。
4.一种如权利要求2或3所述的湍流减阻剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法为，将十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠充分分散于水中，再加入稳定剂并充分搅拌。
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