1、第三節(jié)第三節(jié) 含蠟原油管道的蠟沉積及清管含蠟原油管道的蠟沉積及清管由于含蠟原油的凝點(diǎn)一般高于管道周圍環(huán)境溫度，必須降由于含蠟原油的凝點(diǎn)一般高于管道周圍環(huán)境溫度，必須降凝降粘后輸送，目前多采用加熱輸送。凝降粘后輸送，目前多采用加熱輸送。熱輸含蠟原油管道的特點(diǎn)：熱輸含蠟原油管道的特點(diǎn)：隨著管道中沿程油溫的降低，在析蠟點(diǎn)以下，原油中石蠟隨著管道中沿程油溫的降低，在析蠟點(diǎn)以下，原油中石蠟逐漸析出并沉積在管壁上，使流通截面減少，摩阻增大，逐漸析出并沉積在管壁上，使流通截面減少，摩阻增大，管道輸送能力降低；同時(shí)又增大了油流至管內(nèi)壁的熱阻，管道輸送能力降低；同時(shí)又增大了油流至管內(nèi)壁的熱阻，使總傳熱系數(shù)下降，

2、并使輸送費(fèi)用增加。使總傳熱系數(shù)下降，并使輸送費(fèi)用增加。 如鐵大線熊岳至復(fù)線站間自如鐵大線熊岳至復(fù)線站間自1975年投產(chǎn)到年投產(chǎn)到1979年底未進(jìn)行年底未進(jìn)行清蠟，管壁的當(dāng)量結(jié)蠟厚度達(dá)清蠟，管壁的當(dāng)量結(jié)蠟厚度達(dá)26mm，摩阻上升，摩阻上升1.2MPa，管道效率下降了管道效率下降了20，1980年清管后，在同樣的輸油壓力年清管后，在同樣的輸油壓力下輸量比下輸量比1979年提高了年提高了100萬(wàn)噸。萬(wàn)噸。 由于管內(nèi)壁結(jié)蠟，給輸油工作帶來(lái)了許多新的問(wèn)題。以由于管內(nèi)壁結(jié)蠟，給輸油工作帶來(lái)了許多新的問(wèn)題。以往大慶和勝利油田采用保持輸油溫度不低于往大慶和勝利油田采用保持輸油溫度不低于40的措施的措施來(lái)控制管

3、內(nèi)壁結(jié)蠟，這雖然是減少結(jié)蠟的措施，但增加來(lái)控制管內(nèi)壁結(jié)蠟，這雖然是減少結(jié)蠟的措施，但增加了管道的熱損失。為了在經(jīng)濟(jì)加熱溫度較低時(shí)確保管道了管道的熱損失。為了在經(jīng)濟(jì)加熱溫度較低時(shí)確保管道的輸油能力，國(guó)內(nèi)外對(duì)管內(nèi)壁石蠟沉積的條件和機(jī)理進(jìn)的輸油能力，國(guó)內(nèi)外對(duì)管內(nèi)壁石蠟沉積的條件和機(jī)理進(jìn)行了不少實(shí)驗(yàn)研究工作。下面就管內(nèi)壁的結(jié)蠟機(jī)理、影行了不少實(shí)驗(yàn)研究工作。下面就管內(nèi)壁的結(jié)蠟機(jī)理、影響管內(nèi)壁石蠟沉積速率的因素、管壁結(jié)蠟時(shí)溫降和摩阻響管內(nèi)壁石蠟沉積速率的因素、管壁結(jié)蠟時(shí)溫降和摩阻的影響以及減少結(jié)蠟和清蠟措施作簡(jiǎn)單介紹。的影響以及減少結(jié)蠟和清蠟措施作簡(jiǎn)單介紹。一、原油析蠟和管壁結(jié)蠟過(guò)程一、原油析蠟和管壁結(jié)蠟

4、過(guò)程1、溫降過(guò)程中石蠟的析出、溫降過(guò)程中石蠟的析出原油中的石蠟是指十六烷以上的正構(gòu)烷烴的混合物，其中原油中的石蠟是指十六烷以上的正構(gòu)烷烴的混合物，其中中等分子量的蠟組分含量最多，低分子量和高分子量的蠟中等分子量的蠟組分含量最多，低分子量和高分子量的蠟所占的比例都比較小。所占的比例都比較小。蠟在原油中的溶解度隨其分子量的增大和熔點(diǎn)的升高而下蠟在原油中的溶解度隨其分子量的增大和熔點(diǎn)的升高而下降，隨原油密度和平均分子量的減小而增加。不同熔點(diǎn)的降，隨原油密度和平均分子量的減小而增加。不同熔點(diǎn)的蠟在同一種原油中有不同的溶解度。蠟在同一種原油中有不同的溶解度。含蠟原油在溫降過(guò)程中，其中所含的蠟總是按分子量

5、的高含蠟原油在溫降過(guò)程中，其中所含的蠟總是按分子量的高低，次第析出。低，次第析出。當(dāng)溫度降到其含蠟量高于溶解度時(shí)，某種熔點(diǎn)的蠟就開(kāi)始從當(dāng)溫度降到其含蠟量高于溶解度時(shí)，某種熔點(diǎn)的蠟就開(kāi)始從液相中析出。由于蠟晶粒剛開(kāi)始析出時(shí)，不易形成穩(wěn)定的結(jié)液相中析出。由于蠟晶粒剛開(kāi)始析出時(shí)，不易形成穩(wěn)定的結(jié)晶核心，故原油常在溶蠟量達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，才析出蠟晶。晶核心，故原油常在溶蠟量達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，才析出蠟晶。原油中剛開(kāi)始析出蠟晶粒時(shí)的溫度稱為原油中剛開(kāi)始析出蠟晶粒時(shí)的溫度稱為蠟的初始結(jié)晶溫度，蠟的初始結(jié)晶溫度，或稱為析蠟點(diǎn)。或稱為析蠟點(diǎn)。析蠟點(diǎn)的判定：析蠟點(diǎn)的判定：原油中蠟晶粒的析出量已開(kāi)始影響原油的粘溫曲線，使其

6、原油中蠟晶粒的析出量已開(kāi)始影響原油的粘溫曲線，使其發(fā)生轉(zhuǎn)折時(shí)的溫度，可由實(shí)測(cè)粘溫曲線來(lái)判斷。發(fā)生轉(zhuǎn)折時(shí)的溫度，可由實(shí)測(cè)粘溫曲線來(lái)判斷。原油比熱原油比熱溫度曲線開(kāi)始隨溫度的下降而上升時(shí)的溫度。溫度曲線開(kāi)始隨溫度的下降而上升時(shí)的溫度。根據(jù)上述兩種方法確定的析蠟點(diǎn)并非剛開(kāi)始析出蠟晶粒時(shí)的根據(jù)上述兩種方法確定的析蠟點(diǎn)并非剛開(kāi)始析出蠟晶粒時(shí)的溫度，在該溫度時(shí)，已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的蠟晶析出了。溫度，在該溫度時(shí)，已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的蠟晶析出了。在原油的溫降過(guò)程中，必然有一個(gè)從開(kāi)始析出少量的高熔點(diǎn)在原油的溫降過(guò)程中，必然有一個(gè)從開(kāi)始析出少量的高熔點(diǎn)石蠟，到大量析出中等分子量的蠟，以至析蠟量又逐漸減少石蠟，到大量析出中

7、等分子量的蠟，以至析蠟量又逐漸減少的過(guò)程。的過(guò)程。蠟結(jié)晶大量析出的溫度范圍稱為蠟結(jié)晶大量析出的溫度范圍稱為析蠟高峰區(qū)析蠟高峰區(qū)，隨原油的組成，隨原油的組成而不同。而不同。2、管壁、管壁“結(jié)蠟結(jié)蠟”現(xiàn)象現(xiàn)象我們通常所說(shuō)的我們通常所說(shuō)的“結(jié)蠟結(jié)蠟”實(shí)際上是指在管道內(nèi)壁上逐漸沉積實(shí)際上是指在管道內(nèi)壁上逐漸沉積了某一厚度的石蠟、膠質(zhì)、凝油、砂和其它機(jī)械雜質(zhì)的混合了某一厚度的石蠟、膠質(zhì)、凝油、砂和其它機(jī)械雜質(zhì)的混合物。在長(zhǎng)輸管道的沉積物中，原油的含量要高些。物。在長(zhǎng)輸管道的沉積物中，原油的含量要高些。大口徑長(zhǎng)輸管道的大口徑長(zhǎng)輸管道的“結(jié)蠟結(jié)蠟”特點(diǎn)：特點(diǎn)：管壁上的凝結(jié)層一般比較松軟。管壁上的凝結(jié)層一般比

8、較松軟。管壁上的沉積物有明顯的分界，緊貼管壁的是黑褐色發(fā)暗、管壁上的沉積物有明顯的分界，緊貼管壁的是黑褐色發(fā)暗、類似細(xì)砂的薄層，其組成主要是蠟，是真正的結(jié)蠟，有一類似細(xì)砂的薄層，其組成主要是蠟，是真正的結(jié)蠟，有一定的剪切強(qiáng)度，這一層的厚度一般只有幾毫米，與管壁粘定的剪切強(qiáng)度，這一層的厚度一般只有幾毫米，與管壁粘結(jié)較牢固，在蠟層上面是厚度要大得多的黑色發(fā)亮的沉積結(jié)較牢固，在蠟層上面是厚度要大得多的黑色發(fā)亮的沉積物，主要是凝油，即在蠟和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)物，主要是凝油，即在蠟和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中包含著部分液態(tài)粘油。中包含著部分液態(tài)粘油。在管道中途某一溫度范圍內(nèi)是結(jié)蠟高峰區(qū)，過(guò)了結(jié)

9、蠟高峰在管道中途某一溫度范圍內(nèi)是結(jié)蠟高峰區(qū)，過(guò)了結(jié)蠟高峰區(qū)后結(jié)蠟層有減薄現(xiàn)象，在末端結(jié)蠟層厚度又上升，這是區(qū)后結(jié)蠟層有減薄現(xiàn)象，在末端結(jié)蠟層厚度又上升，這是由于油流帶來(lái)的前面沖刷下來(lái)的由于油流帶來(lái)的前面沖刷下來(lái)的“蠟塊蠟塊”重新沉積的緣故。重新沉積的緣故。3、管壁結(jié)蠟的機(jī)理、管壁結(jié)蠟的機(jī)理管內(nèi)壁結(jié)蠟實(shí)際上是石蠟在管內(nèi)壁的沉積過(guò)程和油流的沖刷管內(nèi)壁結(jié)蠟實(shí)際上是石蠟在管內(nèi)壁的沉積過(guò)程和油流的沖刷過(guò)程共同作用的結(jié)果。過(guò)程共同作用的結(jié)果。不少學(xué)者認(rèn)為含蠟原油管道中的蠟沉不少學(xué)者認(rèn)為含蠟原油管道中的蠟沉積機(jī)理有積機(jī)理有3個(gè)，即分子擴(kuò)散，布朗運(yùn)動(dòng)，個(gè)，即分子擴(kuò)散，布朗運(yùn)動(dòng)， 剪切彌散。剪切彌散。含蠟原油在

10、管內(nèi)輸送過(guò)程中，油溫不斷降低，當(dāng)油溫降低到含蠟原油在管內(nèi)輸送過(guò)程中，油溫不斷降低，當(dāng)油溫降低到某一溫度時(shí)，由于管壁溫度總是低于油溫，靠近管壁處的溶某一溫度時(shí)，由于管壁溫度總是低于油溫，靠近管壁處的溶解石蠟首先達(dá)到飽和狀態(tài)，如果油溫再降低，則會(huì)出現(xiàn)過(guò)飽解石蠟首先達(dá)到飽和狀態(tài)，如果油溫再降低，則會(huì)出現(xiàn)過(guò)飽和，借助管內(nèi)壁提供的結(jié)晶中心和，借助管內(nèi)壁提供的結(jié)晶中心(粗糙突起、雜質(zhì)粗糙突起、雜質(zhì))而首先析而首先析出。管壁處石蠟的析出，使其濃度降低，這樣便會(huì)在管壁和出。管壁處石蠟的析出，使其濃度降低，這樣便會(huì)在管壁和紊流核心之間產(chǎn)生濃度梯度紊流核心之間產(chǎn)生濃度梯度(Concentration gradie

11、nt)。該濃。該濃度梯度使溶解在原油中的石蠟分子從管中心向管壁擴(kuò)散，為度梯度使溶解在原油中的石蠟分子從管中心向管壁擴(kuò)散，為管壁上的繼續(xù)結(jié)蠟創(chuàng)造條件。管壁上的繼續(xù)結(jié)蠟創(chuàng)造條件。(1)分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散drdCDddGmL 可可得得和和由由drdTdTdCdrdCddGWmL 石蠟分子向管壁的擴(kuò)散速率可用石蠟分子向管壁的擴(kuò)散速率可用Fick擴(kuò)散方程計(jì)算：擴(kuò)散方程計(jì)算：RrmLmLdrdTdTdCDW 式中：式中：WmL單位時(shí)間擴(kuò)散通過(guò)單位面積的蠟分子的質(zhì)量，單位時(shí)間擴(kuò)散通過(guò)單位面積的蠟分子的質(zhì)量，即由分子擴(kuò)散引起的蠟沉積速率，即由分子擴(kuò)散引起的蠟沉積速率，kg/(sm2)L蠟的密度，蠟的密度，kg/

12、m3,Dm分子擴(kuò)散系數(shù)，分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；dTdC溫降溫降1析出的蠟晶量的百分?jǐn)?shù)，即蠟晶在原析出的蠟晶量的百分?jǐn)?shù)，即蠟晶在原油中的溶解度系數(shù)，油中的溶解度系數(shù)，1/drdT管壁處徑向溫度梯度，管壁處徑向溫度梯度，/m /BDm 式中：式中：原油的動(dòng)力粘度，原油的動(dòng)力粘度，PasB 常數(shù)，近似取常數(shù)，近似取 2.410-2 N管壁處徑向溫度梯度可根據(jù)微元管段上的熱平衡求得：管壁處徑向溫度梯度可根據(jù)微元管段上的熱平衡求得：dLdLdTGCdrdTdLDyRry 0 dLdTDGCdrdTyyRr0 dT/dL為軸向溫度梯度，可由軸向溫降公式計(jì)算。為軸向溫度梯度，可由軸向溫降公式計(jì)算。u 嚴(yán)格

13、地說(shuō)，嚴(yán)格地說(shuō)，F(xiàn)ick定律只適用于靜止油品被冷卻時(shí)的擴(kuò)散情況。流動(dòng)流體內(nèi)部定律只適用于靜止油品被冷卻時(shí)的擴(kuò)散情況。流動(dòng)流體內(nèi)部的質(zhì)量傳遞機(jī)理取決于流體的流動(dòng)狀態(tài)，紊流時(shí)，管內(nèi)油品的流動(dòng)可分為三的質(zhì)量傳遞機(jī)理取決于流體的流動(dòng)狀態(tài)，紊流時(shí)，管內(nèi)油品的流動(dòng)可分為三層：層流邊層層：層流邊層 、紊流核心以及處于兩者之間的過(guò)渡層。在紊流核心中，流體、紊流核心以及處于兩者之間的過(guò)渡層。在紊流核心中，流體中充滿了旋渦和湍動(dòng)而使流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生垂直于流動(dòng)方向的移動(dòng)，故紊流核心中充滿了旋渦和湍動(dòng)而使流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生垂直于流動(dòng)方向的移動(dòng)，故紊流核心中溫度梯度幾乎為零，濃度梯度也為零，即溫度和濃度均勻一致，但在緊貼中溫度梯

14、度幾乎為零，濃度梯度也為零，即溫度和濃度均勻一致，但在緊貼管壁的層流邊層內(nèi)質(zhì)點(diǎn)只沿流動(dòng)方向移動(dòng)，垂直于流動(dòng)方向的質(zhì)量傳遞只能管壁的層流邊層內(nèi)質(zhì)點(diǎn)只沿流動(dòng)方向移動(dòng)，垂直于流動(dòng)方向的質(zhì)量傳遞只能靠分子擴(kuò)散，所以在層流邊層內(nèi)仍可用靠分子擴(kuò)散，所以在層流邊層內(nèi)仍可用Fick定律描述。定律描述。層流邊界層中的蠟晶粒，會(huì)由于布朗運(yùn)動(dòng)而互相粘結(jié)變層流邊界層中的蠟晶粒，會(huì)由于布朗運(yùn)動(dòng)而互相粘結(jié)變大而沉降，但其作用較弱。大而沉降，但其作用較弱。(2) 布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)(Brownian movement)當(dāng)原油溫度降到析蠟點(diǎn)以下時(shí)，石蠟當(dāng)原油溫度降到析蠟點(diǎn)以下時(shí)，石蠟分子就形成微小的蠟晶從原油中析出。分子就形成

15、微小的蠟晶從原油中析出。懸浮在層流中的蠟晶顆粒，由于流速懸浮在層流中的蠟晶顆粒，由于流速梯度場(chǎng)的存在，會(huì)以一定的角速度作梯度場(chǎng)的存在，會(huì)以一定的角速度作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并出現(xiàn)橫向的局部平移旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并出現(xiàn)橫向的局部平移（如圖所示），使蠟晶向管壁移動(dòng)，（如圖所示），使蠟晶向管壁移動(dòng)，最后沉積在管壁上。最后沉積在管壁上。(3) 剪切彌散剪切彌散(shear dispersion)由于油品具有粘性，旋轉(zhuǎn)的蠟晶顆粒會(huì)使靠近顆粒表面的由于油品具有粘性，旋轉(zhuǎn)的蠟晶顆粒會(huì)使靠近顆粒表面的流層產(chǎn)生環(huán)流。處于環(huán)流區(qū)的顆粒對(duì)相鄰的顆粒會(huì)產(chǎn)生吸流層產(chǎn)生環(huán)流。處于環(huán)流區(qū)的顆粒對(duì)相鄰的顆粒會(huì)產(chǎn)生吸引力，使之互相碰撞。如果原油

16、中蠟晶顆粒很少，相互碰引力，使之互相碰撞。如果原油中蠟晶顆粒很少，相互碰撞只產(chǎn)生暫時(shí)的位移，以后仍然回到原來(lái)的流線，并不產(chǎn)撞只產(chǎn)生暫時(shí)的位移，以后仍然回到原來(lái)的流線，并不產(chǎn)生凈的徑向移動(dòng)。如果原油中蠟晶顆粒很多，則互相碰撞生凈的徑向移動(dòng)。如果原油中蠟晶顆粒很多，則互相碰撞會(huì)造成凈的橫向分散，稱為剪切彌散，使石蠟結(jié)晶從紊流會(huì)造成凈的橫向分散，稱為剪切彌散，使石蠟結(jié)晶從紊流核心向管壁傳遞，傳遞來(lái)的石蠟便在管壁處沉積起來(lái)。另核心向管壁傳遞，傳遞來(lái)的石蠟便在管壁處沉積起來(lái)。另外原油中的微晶蠟處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)，外原油中的微晶蠟處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)，由于徑向存在濃度梯度，布朗運(yùn)

17、動(dòng)的凈結(jié)果，使蠟晶顆粒由于徑向存在濃度梯度，布朗運(yùn)動(dòng)的凈結(jié)果，使蠟晶顆粒由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散。上述兩種擴(kuò)散作用引起的石由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散。上述兩種擴(kuò)散作用引起的石蠟沉積速率可表示為：蠟沉積速率可表示為：bidLdrduCKW)/( 式中：式中：(du/dr)bi管壁處的速度梯度，管壁處的速度梯度，1/sC*管壁處蠟晶的體積百分濃度管壁處蠟晶的體積百分濃度K*沉積速率常數(shù)，可由試驗(yàn)確定，沉積速率常數(shù)，可由試驗(yàn)確定，kg/m2由式所得的沉積速率相加，就得到由分子擴(kuò)散及蠟晶由式所得的沉積速率相加，就得到由分子擴(kuò)散及蠟晶橫向移動(dòng)引起的總的蠟沉積率：橫向移動(dòng)引起的總的蠟沉積率：dLmLtLWW

18、W 試驗(yàn)表明，油溫高、熱流強(qiáng)度大、油壁溫差大、油流粘度又試驗(yàn)表明，油溫高、熱流強(qiáng)度大、油壁溫差大、油流粘度又小時(shí)，分子擴(kuò)散對(duì)沉積速率起主要影響；油溫低、熱流弱、小時(shí)，分子擴(kuò)散對(duì)沉積速率起主要影響；油溫低、熱流弱、剪切速率又大時(shí)，剪切彌散起主要作用。但隨著剪切速率的剪切速率又大時(shí)，剪切彌散起主要作用。但隨著剪切速率的上升，由于剪切應(yīng)力增大，又可能剪掉管壁上的凝油層。當(dāng)上升，由于剪切應(yīng)力增大，又可能剪掉管壁上的凝油層。當(dāng)兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，沖刷速率等于沉積速率，結(jié)蠟層厚度兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，沖刷速率等于沉積速率，結(jié)蠟層厚度達(dá)到穩(wěn)定值。達(dá)到穩(wěn)定值。考慮到管壁上的結(jié)蠟層實(shí)際上是由蠟結(jié)晶作網(wǎng)絡(luò)骨架的凝考

19、慮到管壁上的結(jié)蠟層實(shí)際上是由蠟結(jié)晶作網(wǎng)絡(luò)骨架的凝油，故凝結(jié)層的總沉積速率油，故凝結(jié)層的總沉積速率Wt應(yīng)為應(yīng)為WtL除以重量百分?jǐn)?shù)表示除以重量百分?jǐn)?shù)表示的原油含蠟量的原油含蠟量CL，即：，即： LtLtCWW/ Cj10.30(4) 沖刷過(guò)程沖刷過(guò)程上面討論了石蠟沉積層的凝結(jié)生長(zhǎng)過(guò)程，另外還存在另上面討論了石蠟沉積層的凝結(jié)生長(zhǎng)過(guò)程，另外還存在另一個(gè)相反作用，即油流的沖刷作用。大家在流體力學(xué)中一個(gè)相反作用，即油流的沖刷作用。大家在流體力學(xué)中已學(xué)過(guò)，流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，管壁處的剪切應(yīng)力最大，已學(xué)過(guò)，流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，管壁處的剪切應(yīng)力最大，隨著結(jié)蠟層在管壁上的生長(zhǎng)，管內(nèi)流速不斷增大，管壁隨著結(jié)蠟層在管壁

20、上的生長(zhǎng)，管內(nèi)流速不斷增大，管壁處的剪切應(yīng)力也不斷增大，當(dāng)處的剪切應(yīng)力也不斷增大，當(dāng)管壁處的剪切應(yīng)力大于管壁處的剪切應(yīng)力大于沉沉積層的破環(huán)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)有部分沉積物從管壁上剝落下積層的破環(huán)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)有部分沉積物從管壁上剝落下來(lái)。隨著外部沉積物的剝落，凝結(jié)層還會(huì)生長(zhǎng)，最后凝來(lái)。隨著外部沉積物的剝落，凝結(jié)層還會(huì)生長(zhǎng)，最后凝結(jié)層的生長(zhǎng)和油流沖刷處于動(dòng)平衡狀態(tài)，凝結(jié)層厚度達(dá)結(jié)層的生長(zhǎng)和油流沖刷處于動(dòng)平衡狀態(tài)，凝結(jié)層厚度達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值到一個(gè)穩(wěn)定值 ，即由于沖刷過(guò)程的存在使結(jié)蠟層不會(huì)無(wú)，即由于沖刷過(guò)程的存在使結(jié)蠟層不會(huì)無(wú)限制地增長(zhǎng)。限制地增長(zhǎng)。 4、影響管壁結(jié)蠟強(qiáng)度的因素、影響管壁結(jié)蠟強(qiáng)度的因素油溫的影響

21、油溫的影響 試驗(yàn)表明，在接近析蠟點(diǎn)的高溫試驗(yàn)表明，在接近析蠟點(diǎn)的高溫和接近凝固點(diǎn)的低溫下輸送時(shí)，和接近凝固點(diǎn)的低溫下輸送時(shí)，管內(nèi)壁結(jié)蠟較輕微，在二者之間管內(nèi)壁結(jié)蠟較輕微，在二者之間有一個(gè)結(jié)蠟嚴(yán)重的溫度區(qū)間。這有一個(gè)結(jié)蠟嚴(yán)重的溫度區(qū)間。這個(gè)溫度區(qū)間大致與原油中大量析個(gè)溫度區(qū)間大致與原油中大量析蠟的溫度范圍相近。右圖是實(shí)測(cè)蠟的溫度范圍相近。右圖是實(shí)測(cè)的大慶原油溫度與管壁結(jié)蠟速率的大慶原油溫度與管壁結(jié)蠟速率的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 結(jié)蠟強(qiáng)度系指單位時(shí)間、單位管壁面積上的石蠟沉積量。影響結(jié)蠟強(qiáng)度系指單位時(shí)間、單位管壁面積上的石蠟沉積量。影響管壁石蠟沉積的因素很多。對(duì)于長(zhǎng)輸管道來(lái)說(shuō)，主要因素有油管壁石蠟

22、沉積的因素很多。對(duì)于長(zhǎng)輸管道來(lái)說(shuō)，主要因素有油溫、油品組成、油流速度、管材的表面性質(zhì)、油品粘度等。溫、油品組成、油流速度、管材的表面性質(zhì)、油品粘度等。 從圖可以看出，油溫高于從圖可以看出，油溫高于45時(shí)隨油溫的下降為結(jié)蠟緩增區(qū)，時(shí)隨油溫的下降為結(jié)蠟緩增區(qū)，在在3040之間為結(jié)蠟高峰區(qū)，低于之間為結(jié)蠟高峰區(qū)，低于30為結(jié)蠟遞降區(qū)，這與為結(jié)蠟遞降區(qū)，這與石蠟組成的圖形基本一致。在結(jié)蠟高峰區(qū)，析出的是含量較高石蠟組成的圖形基本一致。在結(jié)蠟高峰區(qū)，析出的是含量較高的中等分子量石蠟，在此溫度范圍內(nèi)，管截面上濃度梯度大，的中等分子量石蠟，在此溫度范圍內(nèi)，管截面上濃度梯度大，油流粘度卻不大，因而分子擴(kuò)散作用

23、強(qiáng)，且由于蠟晶顆粒的大油流粘度卻不大，因而分子擴(kuò)散作用強(qiáng)，且由于蠟晶顆粒的大量析出，一方面碰撞的機(jī)會(huì)增多，容易互相粘結(jié)而沉積在管壁量析出，一方面碰撞的機(jī)會(huì)增多，容易互相粘結(jié)而沉積在管壁上上; 另一方面，蠟晶顆粒濃度的迅速增大使剪切彌散作用加強(qiáng)，另一方面，蠟晶顆粒濃度的迅速增大使剪切彌散作用加強(qiáng)，故形成了結(jié)蠟高峰區(qū)。故形成了結(jié)蠟高峰區(qū)。低溫時(shí)低溫時(shí), 油流粘度大油流粘度大, 分子擴(kuò)散作用很弱分子擴(kuò)散作用很弱, 雖然此時(shí)剪切彌散作雖然此時(shí)剪切彌散作用較強(qiáng)用較強(qiáng), 但管壁處的剪應(yīng)力較大但管壁處的剪應(yīng)力較大, 且此時(shí)形成的凝結(jié)層的附著強(qiáng)且此時(shí)形成的凝結(jié)層的附著強(qiáng)度不大度不大, 凝油層凝油層又會(huì)被剪掉一

24、部分又會(huì)被剪掉一部分, 故低溫時(shí)凝油層較薄。故低溫時(shí)凝油層較薄。 油壁溫差的影響油壁溫差的影響沉積速率隨油壁溫差的增大而增大。沉積速率隨油壁溫差的增大而增大。這是因?yàn)橛捅跍夭钤酱螅瑵舛忍荻冗@是因?yàn)橛捅跍夭钤酱螅瑵舛忍荻群拖灳舛染陀螅瑥亩肿訑U(kuò)散和蠟晶濃度就愈大，從而分子擴(kuò)散和剪切彌散作用都加強(qiáng)。和剪切彌散作用都加強(qiáng)。油壁溫差的大小不僅取決于油溫和油壁溫差的大小不僅取決于油溫和周圍介質(zhì)溫度，還與管道的熱阻大周圍介質(zhì)溫度，還與管道的熱阻大小有關(guān)。在冬季，地溫低，油壁溫小有關(guān)。在冬季，地溫低，油壁溫差大，結(jié)蠟較嚴(yán)重。在某些散熱很差大，結(jié)蠟較嚴(yán)重。在某些散熱很大的局部段落，地下水位高并有滲大的局部

25、段落，地下水位高并有滲流處，保溫層破損的水下管道，或流處，保溫層破損的水下管道，或覆土太淺的管段，結(jié)蠟層的厚度可覆土太淺的管段，結(jié)蠟層的厚度可能最大。能最大。流速的影響流速的影響流速對(duì)管壁結(jié)蠟強(qiáng)度的影響主要表現(xiàn)為，流速對(duì)管壁結(jié)蠟強(qiáng)度的影響主要表現(xiàn)為，隨著流速的增大，管壁結(jié)蠟強(qiáng)度減弱隨著流速的增大，管壁結(jié)蠟強(qiáng)度減弱。層流時(shí)的結(jié)蠟比紊流嚴(yán)重，層流時(shí)的結(jié)蠟比紊流嚴(yán)重，Re數(shù)愈小，數(shù)愈小，結(jié)蠟愈嚴(yán)重。因?yàn)殡S著流速的增大，雖結(jié)蠟愈嚴(yán)重。因?yàn)殡S著流速的增大，雖然管壁處剪切速率的增大會(huì)使蠟晶的剪然管壁處剪切速率的增大會(huì)使蠟晶的剪切彌散作用有所加強(qiáng)，但層流邊層的減切彌散作用有所加強(qiáng)，但層流邊層的減薄，油壁溫差

26、的減小，管壁處剪切應(yīng)力薄，油壁溫差的減小，管壁處剪切應(yīng)力的增大，這些因素都會(huì)使管壁上的結(jié)蠟的增大，這些因素都會(huì)使管壁上的結(jié)蠟層減薄。實(shí)踐表明，當(dāng)流速大于層減薄。實(shí)踐表明，當(dāng)流速大于1.5m/s時(shí)，管內(nèi)就較少結(jié)蠟。流速對(duì)凝油層剪時(shí)，管內(nèi)就較少結(jié)蠟。流速對(duì)凝油層剪切沖刷的強(qiáng)弱，還與決定于溫度、原油切沖刷的強(qiáng)弱，還與決定于溫度、原油物性、熱處理?xiàng)l件等的凝油層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)物性、熱處理?xiàng)l件等的凝油層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有關(guān)。右圖為大慶原油蠟沉積強(qiáng)度強(qiáng)度有關(guān)。右圖為大慶原油蠟沉積強(qiáng)度與流速的關(guān)系。與流速的關(guān)系。油品中含蠟是管壁結(jié)蠟的根本原因。因此油品含蠟量的大小將直接影響石油品中含蠟是管壁結(jié)蠟的根本原因。因此油品含蠟

27、量的大小將直接影響石蠟沉積速率。含蠟量越高，石蠟沉積速率越大。蠟沉積速率。含蠟量越高，石蠟沉積速率越大。大多數(shù)含蠟原油中都含有數(shù)量不等的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。一般認(rèn)為膠質(zhì)瀝青質(zhì)大多數(shù)含蠟原油中都含有數(shù)量不等的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。一般認(rèn)為膠質(zhì)瀝青質(zhì)對(duì)石蠟沉積的影響表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一方面是當(dāng)油溫高于析蠟點(diǎn)時(shí)，由于對(duì)石蠟沉積的影響表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一方面是當(dāng)油溫高于析蠟點(diǎn)時(shí)，由于膠質(zhì)瀝青質(zhì)的存在，增加了原油的粘度，不利于石蠟分子的徑向擴(kuò)散。另膠質(zhì)瀝青質(zhì)的存在，增加了原油的粘度，不利于石蠟分子的徑向擴(kuò)散。另一方面當(dāng)油溫低于析蠟點(diǎn)時(shí)，膠質(zhì)瀝青質(zhì)會(huì)吸附在蠟晶表面上，阻礙蠟晶一方面當(dāng)油溫低于析蠟點(diǎn)時(shí)，膠質(zhì)瀝青質(zhì)會(huì)吸附在蠟晶

28、表面上，阻礙蠟晶的互相聚結(jié)，從而消弱了剪切彌散作用，顯然原油中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)的含量的互相聚結(jié)，從而消弱了剪切彌散作用，顯然原油中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)的含量越高，石蠟沉積速率越小。原油含水率增大，蠟沉積速率降低，原油中含越高，石蠟沉積速率越小。原油含水率增大，蠟沉積速率降低，原油中含砂或其它機(jī)械雜質(zhì)容易成為蠟結(jié)晶的核心，使結(jié)晶強(qiáng)度增大。砂或其它機(jī)械雜質(zhì)容易成為蠟結(jié)晶的核心，使結(jié)晶強(qiáng)度增大。原油組成的影響原油組成的影響管壁材質(zhì)的影響管壁材質(zhì)的影響試驗(yàn)表明管壁材質(zhì)和光潔度對(duì)結(jié)蠟也有明顯的影響。由于管壁或涂料試驗(yàn)表明管壁材質(zhì)和光潔度對(duì)結(jié)蠟也有明顯的影響。由于管壁或涂料的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，在石蠟結(jié)晶過(guò)程中內(nèi)壁所

29、提供的結(jié)晶核心的的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，在石蠟結(jié)晶過(guò)程中內(nèi)壁所提供的結(jié)晶核心的多少和結(jié)晶的難易程度就不同，因此結(jié)蠟速率也不同。管壁的粗糙度多少和結(jié)晶的難易程度就不同，因此結(jié)蠟速率也不同。管壁的粗糙度越越大，越容易結(jié)蠟。越越大，越容易結(jié)蠟。Cy11.8對(duì)于埋地管道，凝油層厚度的變化還隨季節(jié)而不同，當(dāng)?shù)販刂饾u下降時(shí)，凝對(duì)于埋地管道，凝油層厚度的變化還隨季節(jié)而不同，當(dāng)?shù)販刂饾u下降時(shí)，凝油層逐漸增厚；當(dāng)?shù)販刂饾u上升時(shí)，凝油層又逐漸減薄。當(dāng)輸量和油溫穩(wěn)定油層逐漸增厚；當(dāng)?shù)販刂饾u上升時(shí)，凝油層又逐漸減薄。當(dāng)輸量和油溫穩(wěn)定時(shí)，在某一季節(jié)，凝油層厚度常保持在某一范圍內(nèi)。時(shí)，在某一季節(jié)，凝油層厚度常保持在某一范圍

30、內(nèi)。以上分析了各因素單獨(dú)對(duì)管壁結(jié)蠟的影響。實(shí)際運(yùn)行的管道結(jié)蠟的情況受到以上分析了各因素單獨(dú)對(duì)管壁結(jié)蠟的影響。實(shí)際運(yùn)行的管道結(jié)蠟的情況受到上述諸因素的綜合影響。上述諸因素的綜合影響。二、析蠟與結(jié)蠟對(duì)沿程溫降及摩阻的影響二、析蠟與結(jié)蠟對(duì)沿程溫降及摩阻的影響1、結(jié)蠟層的平均厚度計(jì)算、結(jié)蠟層的平均厚度計(jì)算由于熱含蠟原油管道沿線的油溫和油壁溫差不同，沿線由于熱含蠟原油管道沿線的油溫和油壁溫差不同，沿線的結(jié)蠟層厚度也不同。限于目前的測(cè)量技術(shù)，還沒(méi)有比的結(jié)蠟層厚度也不同。限于目前的測(cè)量技術(shù)，還沒(méi)有比較完善的描述熱油管道內(nèi)壁結(jié)蠟規(guī)律的公式。工程上常較完善的描述熱油管道內(nèi)壁結(jié)蠟規(guī)律的公式。工程上常引用某段管路的

31、當(dāng)量結(jié)蠟厚度引用某段管路的當(dāng)量結(jié)蠟厚度dL，認(rèn)為該管段的結(jié)蠟情，認(rèn)為該管段的結(jié)蠟情況對(duì)摩阻的影響與管內(nèi)半徑縮小了況對(duì)摩阻的影響與管內(nèi)半徑縮小了dL相同。因此，可將相同。因此，可將管道分成若干段，按沿線實(shí)測(cè)的摩阻反算當(dāng)量管內(nèi)徑，管道分成若干段，按沿線實(shí)測(cè)的摩阻反算當(dāng)量管內(nèi)徑，然后再計(jì)算結(jié)蠟層平均當(dāng)量厚度。然后再計(jì)算結(jié)蠟層平均當(dāng)量厚度。 mLmmLdLQh 52 mLmmdLLhQD 512 )(211dLdLDD D1鋼管內(nèi)徑，鋼管內(nèi)徑，m式中：式中： Q、hL實(shí)測(cè)的流量、粘度、摩阻實(shí)測(cè)的流量、粘度、摩阻2、結(jié)蠟對(duì)沿程溫降的影響、結(jié)蠟對(duì)沿程溫降的影響管內(nèi)壁結(jié)蠟后，由于結(jié)蠟層的導(dǎo)熱系數(shù)較小，一般在

32、管內(nèi)壁結(jié)蠟后，由于結(jié)蠟層的導(dǎo)熱系數(shù)較小，一般在0.15W/m左右，其作用相當(dāng)于增加了一層熱阻。計(jì)算左右，其作用相當(dāng)于增加了一層熱阻。計(jì)算K值時(shí)可加上這一層熱阻。由于結(jié)蠟層熱阻的存在，使值時(shí)可加上這一層熱阻。由于結(jié)蠟層熱阻的存在，使總傳熱系數(shù)值減小，從而使軸向溫降減小，溫度分布曲總傳熱系數(shù)值減小，從而使軸向溫降減小，溫度分布曲線變平，管線的散熱量減小。當(dāng)出站油溫和輸量不變時(shí)，線變平，管線的散熱量減小。當(dāng)出站油溫和輸量不變時(shí)，下一站的進(jìn)站油溫將提高。下一站的進(jìn)站油溫將提高。 dLLLDDR 2ln2111 式中：式中： L結(jié)蠟層導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)蠟層導(dǎo)熱系數(shù)，kg/mdL結(jié)蠟層平均厚度結(jié)蠟層平均厚度,

33、mD1鋼管內(nèi)徑鋼管內(nèi)徑, m 結(jié)蠟層熱阻為：結(jié)蠟層熱阻為：3、結(jié)蠟對(duì)管道摩阻的影響、結(jié)蠟對(duì)管道摩阻的影響LdQhmmmL 52 Lhd,管壁結(jié)蠟對(duì)摩阻的影響表現(xiàn)為兩個(gè)方面。一方面由于內(nèi)壁結(jié)管壁結(jié)蠟對(duì)摩阻的影響表現(xiàn)為兩個(gè)方面。一方面由于內(nèi)壁結(jié)蠟，使流通面積減少，內(nèi)徑由原來(lái)的蠟，使流通面積減少，內(nèi)徑由原來(lái)的D1減小為減小為D1-2dL ，當(dāng)，當(dāng)輸量不變時(shí)，摩阻升高。另一方面，由于結(jié)蠟層的保溫作用，輸量不變時(shí)，摩阻升高。另一方面，由于結(jié)蠟層的保溫作用，當(dāng)維持當(dāng)維持TR不變運(yùn)行時(shí)，沿線油溫會(huì)升高，粘度減小，摩阻減不變運(yùn)行時(shí)，沿線油溫會(huì)升高，粘度減小，摩阻減小。當(dāng)然結(jié)蠟層引起的摩阻升高還是主要的。小。當(dāng)

34、然結(jié)蠟層引起的摩阻升高還是主要的。 當(dāng)熱油管道在較低溫度和流速下運(yùn)行時(shí)，如果由于某種原當(dāng)熱油管道在較低溫度和流速下運(yùn)行時(shí)，如果由于某種原因而使輸量減小時(shí)，將使油溫進(jìn)一步降低，從而使結(jié)蠟層因而使輸量減小時(shí)，將使油溫進(jìn)一步降低，從而使結(jié)蠟層進(jìn)一步加厚。流通面積進(jìn)一步縮小，可引起摩阻的增加，進(jìn)一步加厚。流通面積進(jìn)一步縮小，可引起摩阻的增加，從而使出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的可能性比無(wú)結(jié)蠟層時(shí)增大。同時(shí)由從而使出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的可能性比無(wú)結(jié)蠟層時(shí)增大。同時(shí)由于高含蠟原油在油溫高于凝點(diǎn)于高含蠟原油在油溫高于凝點(diǎn)10左右時(shí)就表現(xiàn)出非牛頓左右時(shí)就表現(xiàn)出非牛頓流體的特性，當(dāng)因流量減小而使油流中的速梯減小時(shí)，油流體的特性，當(dāng)因流

35、量減小而使油流中的速梯減小時(shí)，油流的表觀粘度將因此增大，有可能使摩阻升高。另外，隨流的表觀粘度將因此增大，有可能使摩阻升高。另外，隨輸量的減小和油溫的降低，非牛頓流體的表觀粘度變化比輸量的減小和油溫的降低，非牛頓流體的表觀粘度變化比牛頓流體要?jiǎng)×业亩啵簿褪钦f(shuō)其表觀粘溫指數(shù)要比牛頓牛頓流體要?jiǎng)×业亩啵簿褪钦f(shuō)其表觀粘溫指數(shù)要比牛頓流的粘溫指數(shù)大的多，更容易滿足出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的條件。流的粘溫指數(shù)大的多，更容易滿足出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的條件。 4、管內(nèi)壁結(jié)蠟和油品析蠟對(duì)管路工作特性的影響、管內(nèi)壁結(jié)蠟和油品析蠟對(duì)管路工作特性的影響 三、熱輸含蠟原油管道工藝設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題三、熱輸含蠟原油管道工藝設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)

36、題1、設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇、設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇一般取進(jìn)站油溫高于原油凝點(diǎn)。若接近或低于凝點(diǎn)，必一般取進(jìn)站油溫高于原油凝點(diǎn)。若接近或低于凝點(diǎn)，必須考慮管道停輸溫降情況及再啟動(dòng)措施，保證管道能順須考慮管道停輸溫降情況及再啟動(dòng)措施，保證管道能順利地再啟動(dòng)。利地再啟動(dòng)。出站油溫過(guò)高對(duì)減少含蠟原油摩阻作用不大而會(huì)顯著增出站油溫過(guò)高對(duì)減少含蠟原油摩阻作用不大而會(huì)顯著增大熱損失，故出站油溫不宜過(guò)高。大熱損失，故出站油溫不宜過(guò)高。含蠟原油的比熱容在熱力計(jì)算時(shí)采用所計(jì)算的溫度區(qū)間含蠟原油的比熱容在熱力計(jì)算時(shí)采用所計(jì)算的溫度區(qū)間的平均比熱容。的平均比熱容。按臨界雷諾數(shù)值可計(jì)算出紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的臨界粘按臨界雷諾數(shù)值可計(jì)算出

37、紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的臨界粘度度Lj 及對(duì)應(yīng)的油溫及對(duì)應(yīng)的油溫 TLj反反TTLj 反反TTLj LjT反反T，牛頓紊流，牛頓紊流 牛頓層流牛頓層流 非牛頓層流非牛頓層流，牛頓紊流，牛頓紊流 非牛頓紊流非牛頓紊流 非牛頓層流非牛頓層流反反TLjT進(jìn)站油溫低于反常點(diǎn)的熱含蠟原油管道可能出現(xiàn)的情況為：進(jìn)站油溫低于反常點(diǎn)的熱含蠟原油管道可能出現(xiàn)的情況為：牛頓紊流牛頓紊流牛頓層流或非牛頓紊流牛頓層流或非牛頓紊流非牛頓層流非牛頓層流2、流態(tài)和流型的變化、流態(tài)和流型的變化3、防止結(jié)蠟和清蠟的措施、防止結(jié)蠟和清蠟的措施由上面的討論我們知道，管壁結(jié)蠟對(duì)熱油管道的運(yùn)行和管理是由上面的討論我們知道，管壁結(jié)蠟對(duì)熱油管道

38、的運(yùn)行和管理是不利的，那么我們應(yīng)當(dāng)怎樣才能防止和減少結(jié)蠟?zāi)兀坎焕模敲次覀儜?yīng)當(dāng)怎樣才能防止和減少結(jié)蠟?zāi)兀繌挠绊懴灣练e的因素方面考慮，防止和減少結(jié)蠟的措施有：從影響蠟沉積的因素方面考慮，防止和減少結(jié)蠟的措施有：(1) 保持沿線油溫均高于析蠟點(diǎn)，可大大減少石蠟沉積。保持沿線油溫均高于析蠟點(diǎn)，可大大減少石蠟沉積。(2) 縮小油壁溫差。可采用保溫的方法，既可以減少結(jié)蠟又可縮小油壁溫差。可采用保溫的方法，既可以減少結(jié)蠟又可以降低熱損失，但要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以確定是否采取以降低熱損失，但要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以確定是否采取保溫措施。保溫措施。(3) 保持管內(nèi)流速在保持管內(nèi)流速在1.5m/s以上，避免在低輸量下運(yùn)行。以上，避免在低輸量下運(yùn)行。(4) 采用不吸附蠟的管材或內(nèi)涂層。采用不吸附蠟的管材或內(nèi)涂層。(5) 化學(xué)防蠟。可采用表面活性劑作為防蠟劑，阻止蠟分