管流含蠟原油蠟沉積特性研究.pdf

1、我國生產(chǎn)的原油大部分含蠟量高，凝點高。不管是陸上還是海上，含蠟原油管道都存在蠟沉積問題。為了提高含蠟原油管道運行的經(jīng)濟性和安全性，有必要探尋管輸條件下的蠟沉積規(guī)律，建立合理的蠟沉積模型，預(yù)測管道中的蠟沉積厚度分布，為制定合理的清管方案和管道優(yōu)化運行方案提供依據(jù)。
　　 建立了一套用于進行蠟沉積的兩段式環(huán)道模擬裝置，并給出了新的管壁平均結(jié)蠟厚度的計算方法和蠟沉積層內(nèi)側(cè)溫度梯度的計算方法。改進的差壓法改變了文獻方法修正過度的缺陷。在

2、恒壁溫管流溫度場計算公式的基礎(chǔ)上，進一步推導(dǎo)出了變壁溫、管壁有結(jié)蠟層條件下的溫度場計算公式，并給出了計算方法。
　　 對青海原油進行蠟沉積模擬實驗，總結(jié)實驗規(guī)律。影響管流蠟沉積的因素除了含蠟原油的組成、密度-溫度關(guān)系和粘度-溫度關(guān)系等內(nèi)在因素外，還有幾項外在因素，包括原油管道內(nèi)的溫度場、速度場、粒子的布朗運動、流體的剪切和蠟粒子間(或蠟粒子與管壁間)的結(jié)合力。
　　 在Fick第一定律的基礎(chǔ)上，建立了新的蠟沉積動力學(xué)模型

3、，對原油蠟沉積實驗數(shù)據(jù)進行了回歸分析，效果很好。在此基礎(chǔ)上得到了多個不同精度的簡化模型。澄清了剪切和彌散對管道蠟沉積所起的作用不同。剪切對蠟沉積既有促進作用又有抑制作用。對于管道層流條件下的蠟沉積，忽略彌散作用影響不大。
　　 利用紊流條件下動量傳遞和能量傳遞的比擬關(guān)系，得到了穩(wěn)定紊流條件下管道能量平衡型蠟沉積厚度的計算公式。利用現(xiàn)役管道運行數(shù)據(jù)來回歸模型中的參數(shù)，可對沿線蠟沉積厚度進行預(yù)測。利用本文的管道蠟沉積厚度計算公式，詳

4、細(xì)分析了多種因素對管道蠟沉積厚度的影響以及由于蠟沉積引起的管道運行參數(shù)的變化規(guī)律。
　　 將管壁的蠟沉積過程分為三個階段：誘導(dǎo)期、正常蠟沉積期和蠟沉積衰減期。通過對沉積粒子的濃度進行分析，第一次得到了誘導(dǎo)期的蠟沉積厚度表達式，正常沉積期的蠟沉積速度用本文的動力學(xué)新模型表達，衰減期的蠟沉積速度可用本文的能量平衡型蠟沉積積厚度公式計算。詳細(xì)分析了三個不同階段影響蠟沉積速度的因素。
　　 誘導(dǎo)期內(nèi)的影響因素，除了管內(nèi)的流場和溫

5、度場，還有粒子的物理化學(xué)特性、管壁表面特性的影響和初始沉積函數(shù)。正常蠟沉積時間的長短主要取決于沉積層內(nèi)側(cè)溫度變化的快慢以及μm3(dT/dr)n近似等于常量的溫度范圍。蠟沉積衰減期沉積速度取決于眾多因素的協(xié)同作用。
　　 管道沉積物的老化過程除了包含二次傳質(zhì)過程，還應(yīng)該包含沉積物中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在力作用下屈服、失穩(wěn)扭曲甚至壓斷繼而被壓實重組的過程。本文首次對沉積物進行了詳盡的應(yīng)力分析和變形分析。理論分析證實，管內(nèi)流體的壓力作用以及沉積

6、物內(nèi)的溫度收縮都對管壁附近的沉積物有壓實作用。
　　 計算實際管道內(nèi)沉積物厚度需要精度較高的參數(shù)和可靠的工藝計算方法。本文對輸油管道工藝計算中的平均溫度計算公式進行了修正，給出了不但簡單而且精度較高的工藝計算方法。對于總傳熱系數(shù)的反算，本文強烈建議需要考慮結(jié)蠟潛熱的影響，需要考慮摩擦溫升沿程變化而不是作為常數(shù)，傳統(tǒng)的反算總傳熱系數(shù)方法導(dǎo)致結(jié)果偏低。
　　 對于散熱過快的管道，可以利用更長更厚的沉積層，達到降低出站溫度提高