研究人员开发了管道防堵塞涂层
2017-10-10 10:24:22
MIT研发团队开发了一种新型涂层体系，避免水合物冰形成后放慢或阻塞油气流。
2010年4月21日，深海地平石油钻井平台发生毁灭性爆炸，是石油行业历史最严重泄漏事故，钻井平台运营人认为他们将能够在数周内完成堵漏工作。5月9日，他们将一座125吨重的安全壳成功堵在了破裂的井口上。如该方法奏效，泄漏的石油就能抽取到一根管子中，流入上方的油轮中，由此便可阻止石油继续泄漏造成毁灭性破坏。（但）为什么这个安全壳堵漏方法没能奏效呢？
罪魁祸首是凝固后的水和甲烷的极冷混合物，称为甲烷包合物。由于海底温度低、压力强，混合物会在安全壳内结块堵住排水管，阻碍油气流通过。如果没有甲烷包合物，这个安全壳也许就有用了，那么，长达四个月的持续泄漏，造成的大范围的生态破坏就不会发生了。
现在，MIT的研究团队已经找到了解决办法，下次若再有泄漏事故，便可阻止灾难性后果的发生。该方法还能避免油气管道堵塞，而设施关停进行管道清洁或者更严重的比如高压下管道破裂，会产生比较高的成本。
机械工程Kripa Varanas副教授、博士后Arindam Das、新晋毕业生Taylor Farnham和Srinivas Bengaluru Subramanyam将有关防止结冰方法的论文发表在了《ACS应用材料和界面》杂志上。
新体系关键设计是在管道内壁涂覆一层可促进隔水层在内部扩展开来的材料。该团队发现这层隔水层能有效防止冰粒子或水滴黏附到管道内壁，因而可以预防包合物的形成，避免减慢或阻挡油气流的通过。
之前对管道壁加热、降压或使用化学助剂等方法，不仅昂贵且会带来潜在污染，新方法则完全没有这类顾虑。一旦投入使用，无需再添加任何能量或物质。涂层能够吸引流动着的石油的液烃，形成一个薄的表层，自动阻隔水，能在第一时间阻止冰黏附到管道壁。
Varanasi说，现有的名为“流动保障”的预防措施“昂贵且不环保”，使用这种方法每年“损失上亿美元”。但如果不采用这些措施，就会形成包合物，降低流速，可以节省开支，但是一旦引发泄漏，则会“导致灾难性结果”，“不论是从安全还是可靠性上来说，这对行业都是大问题。”
论文的第一作者Das认为，问题可能会变得更加严重，因为大陆架等地本就富含甲烷包合物，它们是潜在的燃料源，除非有方法可以将它们提取出来。“甲烷包合物的储量远比我们已知的陆地和深水中的油和天然气的储量要多得多，”他说道。
但这些物质比油气井更易凝固或堵塞。Farnham说，预防结冰的关键是阻止任何一粒包合物粘附到管道上。“一旦粘上，这些包合物就会接着吸附其他的颗粒”，快速结块。“我们想看到的是我们怎样才能够减少管道壁上最初的附着。”
这个方法与Varanasi建立的一个将其实验室研究成果商业化的公司使用的方法类似——将涂层涂覆在容器上，防止从番茄酱、蜂蜜到油气、农药等任何物质粘到容器内壁上。该系统分两步：首先开发一种用于容器内壁的纹理涂层，然后加入润滑剂，可被纹理涂层固定，防止各类物质的附着。
新的管道涂层体系与上述方法类似，Varanasi解释称，但新方法里“我们使用的液体本就存在于当下环境中，”无需在涂层表面再行添加润滑剂。包合物形成的主要条件是水。关键是能将水与管道内壁隔离，包合物就无法形成。而且，石油中本就含有液烃，加之涂层本身的化学品亲和性，液烃可以很容易依附到涂层表面，有效隔开水。
“如果（管道里的）油可以轻而易举地散开，就能够在水和内壁之间形成一层隔离膜，”Varanasi说。实验室里用了其他化学品代替甲烷，因为实际上甲烷包合物只能在高压条件下形成，实验室条件下无法获得，但效果很好。“我们没有看到任何包合物附到基材上。”
MIT能源项目得到了意大利能源公司Eni S.p.A.的资金支持。
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