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研究人員開發了管道防堵塞涂層

2017-10-10 10:24:22 分享至：

MIT研發團隊開發了一種新型涂層體系，避免水合物冰形成后放慢或阻塞油氣流。

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2010年4月21日，深海地平石油鉆井平臺發生毀滅性爆炸，是石油行業歷史最嚴重泄漏事故，鉆井平臺運營人認為他們將能夠在數周內完成堵漏工作。5月9日，他們將一座125噸重的安全殼成功堵在了破裂的井口上。如該方法奏效，泄漏的石油就能抽取到一根管子中，流入上方的油輪中，由此便可阻止石油繼續泄漏造成毀滅性破壞。（但）為什么這個安全殼堵漏方法沒能奏效呢？

罪魁禍首是凝固后的水和甲烷的極冷混合物，稱為甲烷包合物。由于海底溫度低、壓力強，混合物會在安全殼內結塊堵住排水管，阻礙油氣流通過。如果沒有甲烷包合物，這個安全殼也許就有用了，那么，長達四個月的持續泄漏，造成的大范圍的生態破壞就不會發生了。

現在，MIT的研究團隊已經找到了解決辦法，下次若再有泄漏事故，便可阻止災難性后果的發生。該方法還能避免油氣管道堵塞，而設施關停進行管道清潔或者更嚴重的比如高壓下管道破裂，會產生比較高的成本。

機械工程Kripa Varanas副教授、博士后Arindam Das、新晉畢業生Taylor Farnham和Srinivas Bengaluru Subramanyam將有關防止結冰方法的論文發表在了《ACS應用材料和界面》雜志上。

新體系關鍵設計是在管道內壁涂覆一層可促進隔水層在內部擴展開來的材料。該團隊發現這層隔水層能有效防止冰粒子或水滴黏附到管道內壁，因而可以預防包合物的形成，避免減慢或阻擋油氣流的通過。

之前對管道壁加熱、降壓或使用化學助劑等方法，不僅昂貴且會帶來潛在污染，新方法則完全沒有這類顧慮。一旦投入使用，無需再添加任何能量或物質。涂層能夠吸引流動著的石油的液烴，形成一個薄的表層，自動阻隔水，能在第一時間阻止冰黏附到管道壁。

Varanasi說，現有的名為“流動保障”的預防措施“昂貴且不環保”，使用這種方法每年“損失上億美元”。但如果不采用這些措施，就會形成包合物，降低流速，可以節省開支，但是一旦引發泄漏，則會“導致災難性結果”，“不論是從安全還是可靠性上來說，這對行業都是大問題。”

論文的第一作者Das認為，問題可能會變得更加嚴重，因為大陸架等地本就富含甲烷包合物，它們是潛在的燃料源，除非有方法可以將它們提取出來。“甲烷包合物的儲量遠比我們已知的陸地和深水中的油和天然氣的儲量要多得多，”他說道。

但這些物質比油氣井更易凝固或堵塞。Farnham說，預防結冰的關鍵是阻止任何一粒包合物粘附到管道上。“一旦粘上，這些包合物就會接著吸附其他的顆粒”，快速結塊。“我們想看到的是我們怎樣才能夠減少管道壁上最初的附著。”

這個方法與Varanasi建立的一個將其實驗室研究成果商業化的公司使用的方法類似——將涂層涂覆在容器上，防止從番茄醬、蜂蜜到油氣、農藥等任何物質粘到容器內壁上。該系統分兩步：首先開發一種用于容器內壁的紋理涂層，然后加入潤滑劑，可被紋理涂層固定，防止各類物質的附著。

新的管道涂層體系與上述方法類似，Varanasi解釋稱，但新方法里“我們使用的液體本就存在于當下環境中，”無需在涂層表面再行添加潤滑劑。包合物形成的主要條件是水。關鍵是能將水與管道內壁隔離，包合物就無法形成。而且，石油中本就含有液烴，加之涂層本身的化學品親和性，液烴可以很容易依附到涂層表面，有效隔開水。

“如果（管道里的）油可以輕而易舉地散開，就能夠在水和內壁之間形成一層隔離膜，”Varanasi說。實驗室里用了其他化學品代替甲烷，因為實際上甲烷包合物只能在高壓條件下形成，實驗室條件下無法獲得，但效果很好。“我們沒有看到任何包合物附到基材上。”

MIT能源項目得到了意大利能源公司Eni S.p.A.的資金支持。

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責任編輯：王妮

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