MIT研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新型涂層體系——管道防堵塞涂層

• 2017年8月1日 YaoEnHua來源：中國化工網(wǎng) 662 38
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MIT研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)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。

2010年4月21日，深海地平石油鉆井平臺(tái)發(fā)生毀滅性爆炸，是石油行業(yè)歷史最嚴(yán)重泄漏事故，鉆井平臺(tái)運(yùn)營(yíng)人認(rèn)為他們將能夠在數(shù)周內(nèi)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(xù)泄漏造成毀滅性破壞。(但)為什么這個(gè)安全殼堵漏方法沒能奏效呢?

罪魁禍?zhǔn)资悄毯蟮乃图淄榈臉O冷混合物，稱為甲烷包合物。由于海底溫度低、壓力強(qiáng)，混合物會(huì)在安全殼內(nèi)結(jié)塊堵住排水管，阻礙油氣流通過。如果沒有甲烷包合物，這個(gè)安全殼也許就有用了，那么，長(zhǎng)達(dá)四個(gè)月的持續(xù)泄漏，造成的大范圍的生態(tài)破壞就不會(huì)發(fā)生了。

現(xiàn)在，MIT的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了解決辦法，下次若再有泄漏事故，便可阻止災(zāi)難性后果的發(fā)生。該方法還能避免油氣管道堵塞，而設(shè)施關(guān)停進(jìn)行管道清潔或者更嚴(yán)重的比如高壓下管道破裂，會(huì)產(chǎn)生比較高的成本。

機(jī)械工程Kripa Varanas副教授、博士后ArindamDas、新晉畢業(yè)生Taylor Farnham和Srinivas Bengaluru Subramanyam將有關(guān)防止結(jié)冰方法的論文發(fā)表在了《ACS應(yīng)用材料和界面》雜志上。

新體系關(guān)鍵設(shè)計(jì)是在管道內(nèi)壁涂覆一層可促進(jìn)隔水層在內(nèi)部擴(kuò)展開來的材料。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這層隔水層能有效防止冰粒子或水滴黏附到管道內(nèi)壁，因而可以預(yù)防包合物的形成，避免減慢或阻擋油氣流的通過。

之前對(duì)管道壁加熱、降壓或使用化學(xué)助劑等方法，不僅昂貴且會(huì)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(zhì)。涂層能夠吸引流動(dòng)著的石油的液烴，形成一個(gè)薄的表層，自動(dòng)阻隔水，能在第一時(shí)間阻止冰黏附到管道壁。

Varanasi說，現(xiàn)有的名為“流動(dòng)保障”的預(yù)防措施“昂貴且不環(huán)?！?，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(huì)形成包合物，降低流速，可以節(jié)省開支，但是一旦引發(fā)泄漏，則會(huì)“導(dǎo)致災(zāi)難性結(jié)果”，“不論是從安全還是可靠性上來說，這對(duì)行業(yè)都是大問題?！?/p>

論文的第一作者Das認(rèn)為，問題可能會(huì)變得更加嚴(yán)重，因?yàn)榇箨懠艿鹊乇揪透缓淄榘衔?，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?chǔ)量遠(yuǎn)比我們已知的陸地和深水中的油和天然氣的儲(chǔ)量要多得多，”他說道。

但這些物質(zhì)比油氣井更易凝固或堵塞。Farnham說，預(yù)防結(jié)冰的關(guān)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(huì)接著吸附其他的顆粒”，快速結(jié)塊。“我們想看到的是我們?cè)鯓硬拍軌驕p少管道壁上最初的附著?！?/p>

這個(gè)方法與Varanasi建立的一個(gè)將其實(shí)驗(yàn)室研究成果商業(yè)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(nóng)藥等任何物質(zhì)粘到容器內(nèi)壁上。該系統(tǒng)分兩步：首先開發(fā)一種用于容器內(nèi)壁的紋理涂層，然后加入潤(rùn)滑劑，可被紋理涂層固定，防止各類物質(zhì)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(dāng)下環(huán)境中，”無需在涂層表面再行添加潤(rùn)滑劑。包合物形成的主要條件是水。關(guān)鍵是能將水與管道內(nèi)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(xué)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(nèi)壁之間形成一層隔離膜，”Varanasi說。實(shí)驗(yàn)室里用了其他化學(xué)品代替甲烷，因?yàn)閷?shí)際上甲烷包合物只能在高壓條件下形成，實(shí)驗(yàn)室條件下無法獲得，但效果很好?！拔覀儧]有看到任何包合物附到基材上?！?/p>

MIT能源項(xiàng)目得到了意大利能源公司EniS.p.A.的資金支持。

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