天然气长输管道封堵可降解凝胶实验研究

发布时间：2020-04-09 21:43

【摘要】：管道快速封堵技术在天然气长输管道维修抢修工作中起着重要作用,传统的管道快速封堵技术存在施工过程复杂、设备体积大、通用性差、费时费力、成本高昂等问题。针对传统管道封堵技术中的技术缺陷,本文基于高聚物反应膨胀和降解原理,提出一种可降解凝胶管道封堵技术。利用注入管内特殊材料的化学反应,使材料在管道内可控膨胀,形成高强度、高粘弹性高聚物,实现天然气管道的密封与封堵。管道维修抢修作业完成后,在管道中注入特殊的降解剂,将封堵高聚物分解成液体,实现解堵,恢复管线正常运行。从而极大地缩短快速封堵的时间,降低封堵成本。基于化学封堵原理,设计了丙烯酰胺-丙烯酸体系凝胶配方和凝胶强度及凝胶与管道壁黏附力的评价方法与评价指标;在自制的实验装置上,设计四因素三水平正交试验,研究了凝胶体系配方对黏附特性的影响规律;实验结果表明,当单体质量分数配比(AM:AA)为1:1、引发剂浓度为0.3%、交联剂浓度为0.05%、中和度为65%时凝胶粘附力特性达到最大,为284.8N;当单体质量分数配比(AM:AA)为5:1、引发剂浓度为0.31%、交联剂浓度为0.25%、中和度为65%时凝胶强度特性达到最大,为61.5N。为了研究凝胶体系中单体质量分数配比、引发剂浓度、交联剂浓度、中和度四个因素对凝胶粘附力的影响机理及影响规律,利用多元线性回归方程的方法建立了丙烯酰胺—丙烯酸体系凝胶与管道之间黏附力的数学模型;为了验证凝胶的封堵效果,进行了模拟实验研究;实验结果表明,该体系凝胶封堵最佳效果为0.2Mpa,实验表明该体系凝胶具有较好的效果。基于高锰酸钾能有效攻击有机物-C=C-键而降解高分子有机物,分别研究了高锰酸钾在不同ph值、不同浓度、不同时间、不同温度下对丙烯酰胺(AM)-丙烯酸(AA)体系凝胶的降解效率。实验结果表明,当ph值为3、浓度为60℃、时间为10h、浓度为0.4mol/L时凝胶试样被完全降解,高锰酸钾降解液具有较高效的降解效率。分析讨论了高锰酸钾降解凝胶的作用机理。
【图文】：

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革开放以来的三四十年间，西气东输工程的开展大大的将国家油气资源进行解决了东部能源供应问题的同时，也将资源优势变为了经济优势，使得西部济得到了快速发展，对于国家发展具有重大意义。管道在不断使用的过程中移，管道泄漏的事故时有发生，同时管道维修人员在进行管线改造，或是发自然灾害等产生的破坏，施工人员需要对管道进行例如阀件更换、管段更换[1,2]。因此管道快速封堵抢修技术作为管道维抢修的一种专业技术手段，其捷、经济的特点，对管道安全有着深远影响。道封堵抢修技术[3-5]需要对管道进行部分替换，这将对管道进行可能产生火花的临时性动火作业[6]，诸如焊接、切割、加热、打磨等。这对于油气等易的管道的维修作业带来了极大隐患。在保证安全作业需求的前提下，通常需传输，由于西气东输管线长度较长，停输将极大影响了传输效率，并且费时的经济损失。于此同时造成了极大的经济损耗。以前由于技术落后，经济发石油相对依赖进口，石油领域内的相关技术设备研究因此较为滞后，国家相起步于 20 世纪 80 年代，当时从国外进口了一套不停输开孔设备[7,8]，并在多年的学习与技术攻关，实现设备国产化。图 1.1 为不停输开孔封堵示意图

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图 1.2 悬挂式封堵示意图[13]图 1.3 双级悬挂封堵头示意图[1挂式封堵利用管道介质压力使皮碗膨胀达到封堵效果。图 1.2 为悬挂式封堵rmanite 公司研发的悬挂式机械封堵头[13]起初的设计压力为 12.5Mpa，工作，最终试验压力达到了 18.75Mpa。张仕民研制出了单级复合式机械封堵种独特的扫膛板结构使封堵头内形成复合式的橡胶皮碗，试图提高封堵效关的实验研究。在单级封堵头的基础上，张仕民[14]同时研制了适用封堵头的双级悬挂式机械封堵头，，如图 1.3 所示，双级机械封堵头有效保证了大用要求。悬挂式机械封堵头优点明确，其使用范围较广，适用各种介质，通直径可以应用于各种管径的管道，悬挂式封堵头封堵因其依靠高强度的金够承受住高压，其作业时间也相比其他封堵方式有所缩短，封堵效果较好应用于带压不停输封堵作业中。但是这种封堵方式有较为明显的缺点，即对，需要要求管道没有被腐蚀，管道内壁上不存在结垢，且该种封堵方式施工施工周期较长，需要配备的人员及设备较多，导致作业成本较高[15]。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE973

【参考文献】