董良辰（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318）

模擬環(huán)道的蠟沉積實(shí)驗(yàn)研究

董良辰
（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318）

實(shí)驗(yàn)研究分析是一項(xiàng)十分重要且合理的科學(xué)研究方式，結(jié)蠟實(shí)驗(yàn)裝置主要是模擬油品溫度、管壁溫度、油品流量等參數(shù)對(duì)蠟沉積的影響。著重介紹了一組以壓差法為依據(jù)的室內(nèi)環(huán)道仿真模擬裝置，并以蘇嵯原油為例來(lái)研究管道結(jié)蠟情況，通過(guò)得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析其結(jié)蠟規(guī)律。

結(jié)蠟實(shí)驗(yàn)；壓差法；結(jié)蠟規(guī)律

我國(guó)國(guó)內(nèi)油田多生產(chǎn)含蠟原油，且輸油管道內(nèi)若輸送含蠟原油常常會(huì)引起管道結(jié)蠟的問(wèn)題，管道結(jié)蠟會(huì)使輸油管道的輸送能力降低，還會(huì)增多清管的次數(shù)，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致蠟堵事故。所以正確的預(yù)測(cè)管道結(jié)蠟情況對(duì)于降低管道運(yùn)行費(fèi)用，保證油品的安全運(yùn)輸和制定合理的清管方案都有十分重要的意義［1］。因此，本文根據(jù)一組室內(nèi)環(huán)道管輸模擬裝置對(duì)給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)介紹，并以蘇嵯原油為例對(duì)管道內(nèi)的結(jié)蠟情況進(jìn)行模擬，以研究管道內(nèi)的結(jié)蠟受溫度等條件的影響情況。

1　實(shí)驗(yàn)原理

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)設(shè)備是根據(jù)壓差法通過(guò)對(duì)比管道間的壓力差間接的測(cè)算管道的結(jié)蠟厚度。這個(gè)設(shè)備的原理是［2］：同時(shí)測(cè)量裝置的兩個(gè)管段，分別為測(cè)試管段和參比管段，再根據(jù)實(shí)時(shí)的測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)完成結(jié)蠟厚度的測(cè)量和計(jì)算。在測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)可控制溫度的水套來(lái)調(diào)整測(cè)試管段的管壁溫度，以此保證管壁溫度保持在一個(gè)特定的溫度區(qū)間，如果管壁的溫度低于管道內(nèi)油品的析蠟點(diǎn)時(shí)，測(cè)試管段內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生結(jié)蠟的顯現(xiàn)，進(jìn)而會(huì)有蠟分子吸附在管壁上，導(dǎo)致測(cè)試管段的內(nèi)徑變小，從而使該管段的兩端壓力差增大。同時(shí)調(diào)整參比管段的管壁溫度，保證其溫度和管內(nèi)油品的溫度相同或稍大與管內(nèi)油溫，從而保證該管段內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生結(jié)蠟顯現(xiàn)。因?yàn)樵囼?yàn)中測(cè)試管段和參比管段的管壁溫度各不相同，而且兩管段的溫度是由水溫來(lái)保證，故參比管段和測(cè)試管段應(yīng)分別采用兩組不同的水浴，一組是用來(lái)為測(cè)試管段降溫，另一組是用來(lái)為參比管段保溫。除此之外的管段都采用保溫層和電伴熱帶來(lái)保溫，以此來(lái)填補(bǔ)設(shè)備的熱損失。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1　蠟沉積實(shí)驗(yàn)裝置

1.2蠟沉積厚度計(jì)算

實(shí)驗(yàn)油品進(jìn)入測(cè)試管段中后，由于管壁溫度低于油品溫度，導(dǎo)致靠近管壁處的油溫會(huì)降低，此處的油品粘度會(huì)升高，形成不均勻的物性場(chǎng)，造成流場(chǎng)畸變，因此會(huì)影響管路內(nèi)的壓力差［3］。當(dāng)計(jì)算結(jié)蠟厚度的時(shí)候應(yīng)該考慮這一影響因素，文獻(xiàn)［4］中已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，本文不再重復(fù)敘述，只列出以下的計(jì)算方式。

結(jié)蠟后測(cè)試管段的內(nèi)徑計(jì)算方法如下：

式中，DT為測(cè)試管段結(jié)蠟后的內(nèi)徑，m；DR為參比管段的內(nèi)徑，m；ΔPT為測(cè)試管段的壓力差，Pa；ΔPR為參比管段的壓力差，Pa；（ΔPT/ΔPR）0為實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)測(cè)試管段的壓差與參比管段的壓差之比；D0為測(cè)試管段的內(nèi)徑，m；ξ為常數(shù)，當(dāng)流動(dòng)為牛頓流體層流狀態(tài)時(shí)，ξ取0.25，在紊流光滑區(qū)狀態(tài)下ξ=1/4.75，非牛頓流體層流狀態(tài)時(shí)ξ=1/（3n+1），在紊流光滑區(qū)狀態(tài)下ξ=1/［（3n-4）b+5］，其中n為冪律流體流變行為指數(shù)，b根據(jù)Dodge&Metzner［5］經(jīng)驗(yàn)差值得到。

2　實(shí)驗(yàn)油樣

為研究輸油管道的結(jié)蠟規(guī)律及影響因素，本文以蘇嵯油田輸送的原油為例，對(duì)其進(jìn)行室內(nèi)結(jié)蠟實(shí)驗(yàn)，對(duì)該區(qū)塊典型原油進(jìn)行取樣分析，其基本物性指標(biāo)如表1所示。

表1　蘇嵯原油基本物性指標(biāo)

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在第一次的試驗(yàn)中，控制測(cè)試管段的水浴的水溫在40℃，以此保證測(cè)試管段的管壁溫度為40℃，控制參比管段水浴的水溫和油品的溫度在55℃。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，參比管段基本不存在壓力差，這說(shuō)明參比管段沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)蠟現(xiàn)象，然而測(cè)試管段的壓差在升高，這說(shuō)明在管壁40℃時(shí)，測(cè)試管段的結(jié)蠟量在逐漸增多，且通過(guò)分析其升高的速度可以推測(cè)結(jié)蠟速度較快，詳見(jiàn)表2。

表2　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（T為測(cè)試管段，R為參比管段）

在第二次試驗(yàn)中，控制測(cè)試管段的水浴的水溫在35℃，以此保證測(cè)試管段的管壁溫度為35℃，控制參比管段水浴的水溫在45℃。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，參比管段基本不存在壓力差，這說(shuō)明參比管段沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)蠟現(xiàn)象，然而測(cè)試管段的壓差在升高，這說(shuō)明在管壁40℃時(shí)，試驗(yàn)管段的結(jié)蠟量在逐漸增多，但其結(jié)蠟速率相對(duì)較慢，詳見(jiàn)表3。

表3　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（T為測(cè)試管段，R為參比管段）

在第三次試驗(yàn)中，相對(duì)于上兩組實(shí)驗(yàn)，降低1/3的油品流量，控制測(cè)試管段的水浴的水溫在35℃，以此保證測(cè)試管段的管壁溫度為35℃，控制參比管段水浴的水溫在45℃。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，參比管段基本不存在壓力差，這說(shuō)明參比管段沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)蠟現(xiàn)象，然而測(cè)試管段的壓差在升高，這說(shuō)明在管壁40℃時(shí)，試驗(yàn)管段的結(jié)蠟量在逐漸增多，但其結(jié)蠟速率相對(duì)較慢，詳見(jiàn)表4。

4　實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，結(jié)蠟速率會(huì)隨著時(shí)間的推移而減??；當(dāng)關(guān)閉的溫度高于輸送油品的析蠟點(diǎn)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生結(jié)蠟現(xiàn)象。在相同的油壁溫差的情況，結(jié)蠟速率會(huì)隨著油品溫度的升高而變慢；在相同的油品溫度的情況下，結(jié)蠟速率會(huì)隨著油壁溫差的增大而變慢，結(jié)蠟速率不但與輸送油品的含蠟量有關(guān)，油壁溫差、輸量等因素也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。

表4　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（T為測(cè)試管段，R為參比管段）

［1］ 孫百超，王岳，尤國(guó)武.含蠟原油熱輸管道管壁結(jié)蠟厚度的計(jì)算［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2003，（4）：48-51.

［2］ 王霞光，蔡均猛.模型環(huán)道的蠟沉積實(shí)驗(yàn)［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2005，（02）：64-66；94.

［3］ 楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)［M］.第三版.北京：高等教育出版社，1998.

［4］ 蔡均猛，張國(guó)忠.用差壓新方法確定模型環(huán)道蠟沉積厚度［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，（6）：68-71；75-153.

［5］ Dodge D，Metzner A.Turbulent flow of non-Newtonian systems［J］. AIChE journal，1959，5（2）：189-199.

收稿日期：2016-05-12

作者簡(jiǎn)介： 董良辰（1992—），男，山東壽光人，研究生在讀，主要研究方向?yàn)槭团c天然氣工程。

Experimental Study of Wax Deposition by Simulation Annular Pipe

Dong Liang-chen

Experiment study is a very important and reasonable way of scientific research，wax deposition experiment device mainly through simulating the oil temperature，the pipe wall temperature，oil flow rate and other parameters to influence wax deposition. Mainly introduces a loop simulation equipment In the interior based on differential pressure method，and researching wax the pipeline to Sue Cuo crude oil as an example，relying on the obtained experimental data to analyze the law of wax.

wax experiment；differential pressure method；wax deposition law

TE832.3

B

1003-6490（2016）05-0022-02

2016-05-12

安毅（1993—），男，黑龍江哈爾濱人，研究生在讀，主要研究方向?yàn)槭团c天然氣工程。