中国石油大学华东输油管道设计与管理储运.pptx

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1、由由于于管管内内壁壁结结蜡蜡，给给输输油油工工作作带带来来了了许许多多新新的的问问题题。以以往往大大庆庆和和胜胜利利油油田田采采用用保保持持输输油油温温度度不不低低于于40的的措措施施来来控控制制管管内内壁壁结结蜡蜡，这这虽虽然然是是减减少少结结蜡蜡的的措措施施，但但增增加加了了管管道道的的热热损损失失。为为了了在在经经济济加加热热温温度度较较低低时时确确保保管管道道的的输输油油能能力力，国国内内外外对对管管内内壁壁石石蜡蜡沉沉积积的的条条件件和和机机理理进进行行了了不不少少实实验验研研究究工工作作。下下面面就就管管内内壁壁的的结结蜡蜡机机理理、影影响响管管内内壁壁石石蜡蜡沉沉积积速速率率的的

2、因因素素、管管壁壁结蜡时温降和摩阻的影响以及减少结蜡和清蜡措施作简单介绍。结蜡时温降和摩阻的影响以及减少结蜡和清蜡措施作简单介绍。第1页/共34页一、原油析蜡和管壁结蜡过程一、原油析蜡和管壁结蜡过程1、温降过程中石蜡的析出、温降过程中石蜡的析出原油中的石蜡是指十六烷以上的正构烷烃的混合物，其中中等分子量的蜡组分原油中的石蜡是指十六烷以上的正构烷烃的混合物，其中中等分子量的蜡组分含量最多，低分子量和高分子量的蜡所占的比例都比较小。含量最多，低分子量和高分子量的蜡所占的比例都比较小。蜡在原油中的溶解度随其分子量的增大和熔点的升高而下降，随原油密度和平蜡在原油中的溶解度随其分子量的增大和熔点的升高而

3、下降，随原油密度和平均分子量的减小而增加。不同熔点的蜡在同一种原油中有不同的溶解度。均分子量的减小而增加。不同熔点的蜡在同一种原油中有不同的溶解度。含蜡原油在温降过程中，其中所含的蜡总是按分子量的高低，次第析出。含蜡原油在温降过程中，其中所含的蜡总是按分子量的高低，次第析出。第2页/共34页当温度降到其含蜡量高于溶解度时，某种熔点的蜡就开始从液相中析出。由于蜡当温度降到其含蜡量高于溶解度时，某种熔点的蜡就开始从液相中析出。由于蜡晶粒刚开始析出时，不易形成稳定的结晶核心，故原油常在溶蜡量达到过饱和时，晶粒刚开始析出时，不易形成稳定的结晶核心，故原油常在溶蜡量达到过饱和时，才析出蜡晶。才析出蜡晶。

4、原油中刚开始析出蜡晶粒时的温度称为原油中刚开始析出蜡晶粒时的温度称为蜡的初始结晶温度，或称为析蜡点。蜡的初始结晶温度，或称为析蜡点。析蜡点的判定：析蜡点的判定：原油中蜡晶粒的析出量已开始影响原油的粘温曲线，使其原油中蜡晶粒的析出量已开始影响原油的粘温曲线，使其发生转折时的温度，可由实测粘温曲线来判断。发生转折时的温度，可由实测粘温曲线来判断。原油比热原油比热比热曲线开始随温度的下降而上升时的温度。比热曲线开始随温度的下降而上升时的温度。根据上述两种方法确定的析蜡点并非刚开始析出蜡晶粒时的温度，在该温度时，根据上述两种方法确定的析蜡点并非刚开始析出蜡晶粒时的温度，在该温度时，已经有相当数量的蜡晶

5、析出了。已经有相当数量的蜡晶析出了。第3页/共34页在原油的温降过程中，必然有一个从开始析出少量的高熔点石蜡，到大量析出中在原油的温降过程中，必然有一个从开始析出少量的高熔点石蜡，到大量析出中等分子量的蜡，以至析蜡量又逐渐减少的过程。等分子量的蜡，以至析蜡量又逐渐减少的过程。蜡结晶大量析出的温度范围称为蜡结晶大量析出的温度范围称为析蜡高峰区析蜡高峰区，随原油的组成而不同。，随原油的组成而不同。2、管壁、管壁“结蜡结蜡”现象现象我我们们通通常常所所说说的的“结结蜡蜡”实实际际上上是是指指在在管管道道内内壁壁上上逐逐渐渐沉沉积积了了某某一一厚厚度度的的石石蜡蜡、胶胶质质、凝凝油油、砂砂和和其其它它

6、机机械械杂杂质质的的混混合合物物。在在长长输输管管道道的的沉沉积积物物中中，原原油油的的含含量量要高些。要高些。第4页/共34页大口径长输管道的大口径长输管道的“结蜡结蜡”特点：特点：管壁上的凝结层一般比较松软。管壁上的凝结层一般比较松软。管管壁壁上上的的沉沉积积物物有有明明显显的的分分界界，紧紧贴贴管管壁壁的的是是黑黑褐褐色色发发暗暗、类类似似细细砂砂的的薄薄层层，其其组组成成主主要要是是蜡蜡，是是真真正正的的结结蜡蜡，有有一一定定的的剪剪切切强强度度，这这一一层层的的厚厚度度一一般般只只有有几几毫毫米米，与与管管壁壁粘粘结结较较牢牢固固，在在蜡蜡层层上上面面是是厚厚度度要要大大得得多多的的

7、黑黑色色发发亮亮的的沉沉积积物物，主主要要是是凝凝油油，即即在在蜡蜡和和胶胶质质、沥沥青青质质构构成成的的网网络络结结构构中包含着部分液态粘油。中包含着部分液态粘油。在在管管道道中中途途某某一一温温度度范范围围内内是是结结蜡蜡高高峰峰区区，过过了了结结蜡蜡高高峰峰区区后后结结蜡蜡层层有有减减薄薄现现象象，在在末末端端结结蜡蜡层层厚厚度度又又上上升升，这这是是由于油流带来的前面冲刷下来的由于油流带来的前面冲刷下来的“蜡块蜡块”重新沉积的缘故。重新沉积的缘故。第5页/共34页3、管壁结蜡的机理、管壁结蜡的机理管内壁结蜡实际上是石蜡在管内壁的沉积过程和油流的冲刷过程共同作用管内壁结蜡实际上是石蜡在管

8、内壁的沉积过程和油流的冲刷过程共同作用的结果。不少学者认为含蜡原油管道中的蜡沉积机理有的结果。不少学者认为含蜡原油管道中的蜡沉积机理有3个，即个，即分子扩分子扩散，散，布朗运动，布朗运动，剪切弥散。剪切弥散。含含蜡蜡原原油油在在管管内内输输送送过过程程中中，油油温温不不断断降降低低，当当油油温温降降低低到到某某一一温温度度时时，由由于于管管壁壁温温度度总总是是低低于于油油温温，靠靠近近管管壁壁处处的的溶溶解解石石蜡蜡首首先先达达到到饱饱和和状状态态，如如果果油油温温再再降降低低，则则会会出出现现过过饱饱和和，借借助助管管内内壁壁提提供供的的结结晶晶中中心心(粗粗糙糙突突起起、杂杂质质)而而首首

9、先先析析出出。管管壁壁处处石石蜡蜡的的析析出出，使使其其浓浓度度降降低低，这这样样便便会会在在管管壁壁和和紊紊流流核核心心之之间间产产生生浓浓度度梯梯度度(Concentration gradient)。该该浓浓度度梯梯度度使使溶溶解解在在原原油油中中的的石石蜡蜡分分子子从从管管中中心心向向管管壁壁扩扩散散，为为管管壁壁上上的的继继续续结结蜡创造条件。蜡创造条件。(1)分子扩散分子扩散第6页/共34页石蜡分子向管壁的扩散速率可用石蜡分子向管壁的扩散速率可用Fick扩散方程计算：扩散方程计算：第7页/共34页式中：式中：WmL单位时间扩散通过单位面积的蜡分子的质量，单位时间扩散通过单位面积的蜡分

10、子的质量，即由分子扩散引起的蜡沉积速率，即由分子扩散引起的蜡沉积速率，kg/(sm2)L蜡的密度，蜡的密度，kg/m3,Dm分子扩散系数，分子扩散系数，m2/s；温降温降1析出的蜡晶量的百分数，即蜡晶在原析出的蜡晶量的百分数，即蜡晶在原油中的溶解度系数，油中的溶解度系数，1/管壁处径向温度梯度，管壁处径向温度梯度，/m第8页/共34页式中：式中：原油的动力粘度，原油的动力粘度，PasB 常数，近似取常数，近似取 2.410-2 N管壁处径向温度梯度可根据微元管段上的热平衡求得：管壁处径向温度梯度可根据微元管段上的热平衡求得：dT/dL为轴向温度梯度，可由轴向温降公式计算。为轴向温度梯度，可由轴

11、向温降公式计算。第9页/共34页u严严格格地地说说，Fick定定律律只只适适用用于于静静止止油油品品被被冷冷却却时时的的扩扩散散情情况况。流流动动流流体体内内部部的的质质量量传传递递机机理理取取决决于于流流体体的的流流动动状状态态，紊紊流流时时，管管内内油油品品的的流流动动可可分分为为三三层层：层层流流边边层层、紊紊流流核核心心以以及及处处于于两两者者之之间间的的过过渡渡层层。在在紊紊流流核核心心中中，流流体体中中充充满满了了旋旋涡涡和和湍湍动动而而使使流流体体质质点点产产生生垂垂直直于于流流动动方方向向的的移移动动，故故紊紊流流核核心心中中温温度度梯梯度度几几乎乎为为零零，浓浓度度梯梯度度也

12、也为为零零，即即温温度度和和浓浓度度均均匀匀一一致致，但但在在紧紧贴贴管管壁壁的的层层流流边边层层内内质质点点只只沿沿流流动动方方向向移移动动，垂垂直直于于流流动动方方向向的的质质量量传传递递只只能能靠靠分分子子扩扩散散，所所以以在在层层流流边边层层内内仍仍可可用用Fick定律描述。定律描述。第10页/共34页层层流流边边界界层层中中的的蜡蜡晶晶粒粒，会会由由于于布布朗朗运运动动而而互互相相粘粘结结变变大大而而沉沉降降，但但其其作作用较弱。用较弱。(2)布朗运动布朗运动(Brownian movement)当当原原油油温温度度降降到到析析蜡蜡点点以以下下时时，石石蜡蜡分分子子就就形形成成微微小

13、小的的蜡蜡晶晶从从原原油油中中析析出出。悬悬浮浮在在层层流流中中的的蜡蜡晶晶颗颗粒粒，由由于于流流速速梯梯度度场场的的存存在在，会会以以一一定定的的角角速速度度作作旋旋转转运运动动，并并出出现现横横向向的的局局部部平平移移（如如图图所所示示），使使蜡蜡晶晶向向管管壁壁移移动动，最后沉积在管壁上。最后沉积在管壁上。(3)剪切弥散剪切弥散(shear dispersion)第11页/共34页由由于于油油品品具具有有粘粘性性，旋旋转转的的蜡蜡晶晶颗颗粒粒会会使使靠靠近近颗颗粒粒表表面面的的流流层层产产生生环环流流。处处于于环环流流区区的的颗颗粒粒对对相相邻邻的的颗颗粒粒会会产产生生吸吸引引力力，使使

14、之之互互相相碰碰撞撞。如如果果原原油油中中蜡蜡晶晶颗颗粒粒很很少少，相相互互碰碰撞撞只只产产生生暂暂时时的的位位移移，以以后后仍仍然然回回到到原原来来的的流流线线，并并不不产产生生净净的的径径向向移移动动。如如果果原原油油中中蜡蜡晶晶颗颗粒粒很很多多，则则互互相相碰碰撞撞会会造造成成净净的的横横向向分分散散，称称为为剪剪切切弥弥散散，使使石石蜡蜡结结晶晶从从紊紊流流核核心心向向管管壁壁传传递递，传传递递来来的的石石蜡蜡便便在在管管壁壁处处沉沉积积起起来来。另另外外原原油油中中的的微微晶晶蜡蜡处处于于热热运运动动状状态态，因因此此产产生生布布朗朗运运动动，由由于于径径向向存存在在浓浓度度梯梯度度

15、，布布朗朗运运动动的的净净结结果果，使使蜡蜡晶晶颗颗粒粒由由高高浓浓度度区区向向低低浓浓度度区区扩扩散散。上述两种扩散作用引起的石蜡沉积速率可表示为：上述两种扩散作用引起的石蜡沉积速率可表示为：第12页/共34页式中：式中：(du/dr)bi管壁处的速度梯度，管壁处的速度梯度，1/sC*管壁处蜡晶的体积百分浓度管壁处蜡晶的体积百分浓度K*沉积速率常数，可由试验确定，沉积速率常数，可由试验确定，kg/m2由由式式所所得得的的沉沉积积速速率率相相加加，就就得得到到由由分分子子扩扩散散及及蜡蜡晶晶横横向向移移动动引引起起的的总总的的蜡沉积率：蜡沉积率：第13页/共34页试试验验表表明明，油油温温高高

16、、热热流流强强度度大大、油油壁壁温温差差大大、油油流流粘粘度度又又小小时时，分分子子扩扩散散对对沉沉积积速速率率起起主主要要影影响响；油油温温低低、热热流流弱弱、剪剪切切速速率率又又大大时时，剪剪切切弥弥散散起起主主要要作作用用。但但随随着着剪剪切切速速率率的的上上升升，由由于于剪剪切切应应力力增增大大，又又可可能能剪剪掉掉管管壁壁上上的的凝凝油油层层。当当两两者达到动态平衡时，冲刷速率等于沉积速率，结蜡层厚度达到稳定值。者达到动态平衡时，冲刷速率等于沉积速率，结蜡层厚度达到稳定值。考考虑虑到到管管壁壁上上的的结结蜡蜡层层实实际际上上是是由由蜡蜡结结晶晶作作网网络络骨骨架架的的凝凝油油，故故凝

17、凝结结层层的的总总沉沉积速率积速率Wt应为应为WtL除以重量百分数表示的原油含蜡量除以重量百分数表示的原油含蜡量CL，即：，即：第14页/共34页(4)冲刷过程冲刷过程上面讨论了石蜡沉积层的凝结生长过程，另外还存在另一个相反作用，即上面讨论了石蜡沉积层的凝结生长过程，另外还存在另一个相反作用，即油流的冲刷作用。大家在流体力学中已学过，流体在管内流动时，管壁处油流的冲刷作用。大家在流体力学中已学过，流体在管内流动时，管壁处的剪切应力最大，随着结蜡层在管壁上的生长，管内流速不断增大，管壁的剪切应力最大，随着结蜡层在管壁上的生长，管内流速不断增大，管壁处的剪切应力也不断增大，当管壁处的剪切应力大于沉

18、积层的破环强度时，处的剪切应力也不断增大，当管壁处的剪切应力大于沉积层的破环强度时，就会有部分沉积物从管壁上剥落下来。随着外部沉积物的剥落，凝结层还就会有部分沉积物从管壁上剥落下来。随着外部沉积物的剥落，凝结层还会生长，最后凝结层的生长和油流冲刷处于动平衡状态，凝结层厚度达到会生长，最后凝结层的生长和油流冲刷处于动平衡状态，凝结层厚度达到一个稳定值一个稳定值，即由于冲刷过程的存在使结蜡层不会无限制地增长。，即由于冲刷过程的存在使结蜡层不会无限制地增长。第15页/共34页4、影响管壁结蜡强度的因素、影响管壁结蜡强度的因素油温的影响油温的影响 试试验验表表明明，在在接接近近析析蜡蜡点点的的高高温温

19、和和接接近近凝凝固固点点的的低低温温下下输输送送时时，管管内内壁壁结结蜡蜡较较轻轻微微，在在二二者者之之间间有有一一个个结结蜡蜡严严重重的的温温度度区区间间。这这个个温温度度区区间间大大致致与与原原油油中中大大量量析析蜡蜡的的温温度度范范围围相相近近。右右图图是是实实测测的的大大庆庆原原油油温温度度与与管管壁壁结结蜡蜡速速率率的关系曲线。的关系曲线。结结蜡蜡强强度度系系指指单单位位时时间间、单单位位管管壁壁面面积积上上的的石石蜡蜡沉沉积积量量。影影响响管管壁壁石石蜡蜡沉沉积积的的因因素素很很多多。对对于于长长输输管管道道来来说说，主主要要因因素素有有油油温温、油油品品组组成成、油油流流速速度度

20、、管管材材的的表表面面性性质、油品粘度等。质、油品粘度等。第16页/共34页从从图图可可以以看看出出，油油温温高高于于45时时随随油油温温的的下下降降为为结结蜡蜡缓缓增增区区，在在3040之之间间为为结结蜡蜡高高峰峰区区，低低于于30为为结结蜡蜡递递降降区区，这这与与石石蜡蜡组组成成的的图图形形基基本本一一致致。在在结结蜡蜡高高峰峰区区，析析出出的的是是含含量量较较高高的的中中等等分分子子量量石石蜡蜡，在在此此温温度度范范围围内内，管管截截面面上上浓浓度度梯梯度度大大，油油流流粘粘度度却却不不大大，因因而而分分子子扩扩散散作作用用强强，且且由由于于蜡蜡晶晶颗颗粒粒的的大大量量析析出出，一一方方

21、面面碰碰撞撞的的机机会会增增多多，容容易易互互相相粘粘结结而而沉沉积积在在管管壁壁上上;另另一一方方面面，蜡蜡晶晶颗颗粒粒浓浓度度的的迅迅速速增增大大使使剪剪切弥散作用加强，故形成了结蜡高峰区。切弥散作用加强，故形成了结蜡高峰区。低低温温时时,油油流流粘粘度度大大,分分子子扩扩散散作作用用很很弱弱,虽虽然然此此时时剪剪切切弥弥散散作作用用较较强强,但但管管壁壁处处的的剪剪应应力力较较大大,且且此此时时形形成成的的凝凝结结层层的的附附着着强强度度不不大大,凝凝油油层层又又会会被被剪剪掉掉一一部部分分,故故低低温温时时凝油层较薄。凝油层较薄。第17页/共34页油壁温差的影响油壁温差的影响沉沉积积速

22、速率率随随油油壁壁温温差差的的增增大大而而增增大大。这这是是因因为为油油壁壁温温差差越越大大，浓浓度度梯梯度度和和蜡蜡晶晶浓浓度度就就愈愈大大，从从而而分分子子扩扩散散和剪切弥散作用都加强。和剪切弥散作用都加强。油油壁壁温温差差的的大大小小不不仅仅取取决决于于油油温温和和周周围围介介质质温温度度，还还与与管管道道的的热热阻阻大大小小有有关关。在在冬冬季季，地地温温低低，油油壁壁温温差差大大，结结蜡蜡较较严严重重。在在某某些些散散热热很很大大的的局局部部段段落落，地地下下水水位位高高并并有有渗渗流流处处，保保温温层层破破损损的的水水下下管管道道，或或覆覆土土太太浅浅的的管管段段，结结蜡蜡层层的的

23、厚厚度度可可能最大。能最大。第18页/共34页流速的影响流速的影响流流速速对对管管壁壁结结蜡蜡强强度度的的影影响响主主要要表表现现为为，随随着着流流速速的的增增大大，管管壁壁结结蜡蜡强强度度减减弱弱。层层流流时时的的结结蜡蜡比比紊紊流流严严重重，Re数数愈愈小小，结结蜡蜡愈愈严严重重。因因为为随随着着流流速速的的增增大大，虽虽然然管管壁壁处处剪剪切切速速率率的的增增大大会会使使蜡蜡晶晶的的剪剪切切弥弥散散作作用用有有所所加加强强，但但层层流流边边层层的的减减薄薄，油油壁壁温温差差的的减减小小，管管壁壁处处剪剪切切应应力力的的增增大大，这这些些因因素素都都会会使使管管壁壁上上的的结结蜡蜡层层减减

24、薄薄。实实践践表表明明，当当流流速速大大于于1.5m/s时时，管管内内就就较较少少结结蜡蜡。流流速速对对凝凝油油层层剪剪切切冲冲刷刷的的强强弱弱，还还与与决决定定于于温温度度、原原油油物物性性、热热处处理理条条件件等等的的凝凝油油层层网网络络结结构构强强度度有有关关。右右图图为为大大庆庆原原油油蜡蜡沉沉积积强强度度与流速的关系。与流速的关系。第19页/共34页油品中含蜡是管壁结蜡的根本原因。因此油品含蜡量的大小将直接影响石油品中含蜡是管壁结蜡的根本原因。因此油品含蜡量的大小将直接影响石蜡沉积速率。含蜡量越高，石蜡沉积速率越大。蜡沉积速率。含蜡量越高，石蜡沉积速率越大。大大多多数数含含蜡蜡原原油

25、油中中都都含含有有数数量量不不等等的的胶胶质质和和沥沥青青质质。一一般般认认为为胶胶质质沥沥青青质质对对石石蜡蜡沉沉积积的的影影响响表表现现为为两两个个方方面面：一一方方面面是是当当油油温温高高于于析析蜡蜡点点时时，由由于于胶胶质质沥沥青青质质的的存存在在，增增加加了了原原油油的的粘粘度度，不不利利于于石石蜡蜡分分子子的的径径向向扩扩散散。另另一一方方面面当当油油温温低低于于析析蜡蜡点点时时，胶胶质质沥沥青青质质会会吸吸附附在在蜡蜡晶晶表表面面上上，阻阻碍碍蜡蜡晶晶的的互互相相聚聚结结，从从而而消消弱弱了了剪剪切切弥弥散散作作用用，显显然然原原油油中中的的胶胶质质沥沥青青质质的的含含量量越越高

26、高，石石蜡蜡沉沉积积速速率率越越小小。原原油油含含水水率率增增大大，蜡蜡沉沉积积速速率率降降低低，原原油油中中含含砂或其它机械杂质容易成为蜡结晶的核心，使结晶强度增大。砂或其它机械杂质容易成为蜡结晶的核心，使结晶强度增大。原油组成的影响原油组成的影响第20页/共34页管壁材质的影响管壁材质的影响试试验验表表明明管管壁壁材材质质和和光光洁洁度度对对结结蜡蜡也也有有明明显显的的影影响响。由由于于管管壁壁或或涂涂料料的的表表面面结结构构和和性性质质不不同同，在在石石蜡蜡结结晶晶过过程程中中内内壁壁所所提提供供的的结结晶晶核核心心的的多多少少和和结结晶晶的的难易程度就不同，因此结蜡速率也不同。管壁的粗

27、糙度越越大，越容易结蜡。难易程度就不同，因此结蜡速率也不同。管壁的粗糙度越越大，越容易结蜡。第21页/共34页对于埋地管道，凝油层厚度的变化还随季节而不同，对于埋地管道，凝油层厚度的变化还随季节而不同，当地温逐渐下降时，凝油层逐渐增厚；当地温逐渐上当地温逐渐下降时，凝油层逐渐增厚；当地温逐渐上升时，凝油层又逐渐减薄。当输量和油温稳定时，在升时，凝油层又逐渐减薄。当输量和油温稳定时，在某一季节，凝油层厚度常保持在某一范围内。某一季节，凝油层厚度常保持在某一范围内。以以上上分分析析了了各各因因素素单单独独对对管管壁壁结结蜡蜡的的影影响响。实实际际运运行行的管道结蜡的情况受到上述诸因素的综合影响。的

28、管道结蜡的情况受到上述诸因素的综合影响。第22页/共34页二、析蜡与结蜡对沿程温降及摩阻的影响二、析蜡与结蜡对沿程温降及摩阻的影响1、结蜡层的平均厚度计算、结蜡层的平均厚度计算由由于于热热含含蜡蜡原原油油管管道道沿沿线线的的油油温温和和油油壁壁温温差差不不同同，沿沿线线的的结结蜡蜡层层厚厚度度也也不不同同。限限于于目目前前的的测测量量技技术术，还还没没有有比比较较完完善善的的描描述述热热油油管管道道内内壁壁结结蜡蜡规规律律的的公公式式。工工程程上上常常引引用用某某段段管管路路的的当当量量结结蜡蜡厚厚度度dL，认认为为该该管管段段的的结结蜡蜡情情况况对对摩摩阻阻的的影影响响与与管管内内半半径径缩

29、缩小小了了dL相相同同。因因此此，可可将将管管道道分分成成若若干干段段，按沿线实测的摩阻反算当量管内径，然后再计算结蜡层平均当量厚度。按沿线实测的摩阻反算当量管内径，然后再计算结蜡层平均当量厚度。第23页/共34页D1钢管内径，钢管内径，m式中：式中：Q、hL实测的流量、粘度、摩阻实测的流量、粘度、摩阻第24页/共34页2、结蜡对沿程温降的影响、结蜡对沿程温降的影响管管内内壁壁结结蜡蜡后后，由由于于结结蜡蜡层层的的导导热热系系数数较较小小，一一般般在在0.15W/m左左右右，其其作作用用相相当当于于增增加加了了一一层层热热阻阻。计计算算K值值时时可可加加上上这这一一层层热热阻阻。由由于于结结蜡

30、蜡层层热热阻阻的的存存在在，使使总总传传热热系系数数值值减减小小，从从而而使使轴轴向向温温降降减减小小，温温度度分分布布曲曲线线变变平平，管管线线的的散散热热量量减减小小。当当出出站站油油温温和和输输量量不不变变时时，下下一一站站的的进进站站油油温温将提高。将提高。式中：式中：L结蜡层导热系数，结蜡层导热系数，kg/mdL结蜡层平均厚度结蜡层平均厚度,mD1钢管内径钢管内径,m 结蜡层热阻为：结蜡层热阻为：第25页/共34页3、结蜡对管道摩阻的影响、结蜡对管道摩阻的影响管管壁壁结结蜡蜡对对摩摩阻阻的的影影响响表表现现为为两两个个方方面面。一一方方面面由由于于内内壁壁结结蜡蜡，使使流流通通面面积

31、积减减少少，内内径径由由原原来来的的D1减减小小为为D1-2dL，当当输输量量不不变变时时，摩摩阻阻升升高高。另另一一方方面面，由由于于结结蜡蜡层层的的保保温温作作用用，当当维维持持TR不不变变运运行行时时，沿沿线线油油温温会会升升高高，粘粘度度减减小小，摩摩阻阻减减小小。当然结蜡层引起的摩阻升高还是主要的。当然结蜡层引起的摩阻升高还是主要的。第26页/共34页当当热热油油管管道道在在较较低低温温度度和和流流速速下下运运行行时时，如如果果由由于于某某种种原原因因而而使使输输量量减减小小时时，将将使使油油温温进进一一步步降降低低，从从而而使使结结蜡蜡层层进进一一步步加加厚厚。流流通通面面积积进进

32、一一步步缩缩小小，可可引引起起摩摩阻阻的的增增加加，从从而而使使出出现现不不稳稳定定区区的的可可能能性性比比无无结结蜡蜡层层时时增增大大。同同时时由由于于高高含含蜡蜡原原油油在在油油温温高高于于凝凝点点10左左右右时时就就表表现现出出非非牛牛顿顿流流体体的的特特性性，当当因因流流量量减减小小而而使使油油流流中中的的速速梯梯减减小小时时，油油流流的的表表观观粘粘度度将将因因此此增增大大，有有可可能能使使摩摩阻阻升升高高。另另外外，随随输输量量的的减减小小和和油油温温的的降降低低，非非牛牛顿顿流流体体的的表表观观粘粘度度变变化化比比牛牛顿顿流流体体要要剧剧烈烈的的多多，也也就就是是说说其其表表观观

33、粘粘温温指指数数要要比比牛牛顿顿流流的的粘粘温温指指数数大大的的多多，更更容容易易满满足出现不稳定区的条件。足出现不稳定区的条件。4、管内壁结蜡和油品析蜡对管路工作特性的影响、管内壁结蜡和油品析蜡对管路工作特性的影响 第27页/共34页三、热输含蜡原油管道工艺设计应注意的问题三、热输含蜡原油管道工艺设计应注意的问题1、设计参数的选择、设计参数的选择一般取进站油温高于原油凝点。若接近或低于凝点，必须考虑管道停输温一般取进站油温高于原油凝点。若接近或低于凝点，必须考虑管道停输温降情况及再启动措施，保证管道能顺利地再启动。降情况及再启动措施，保证管道能顺利地再启动。出出站站油油温温过过高高对对减减少

34、少含含蜡蜡原原油油摩摩阻阻作作用用不不大大而而会会显显著著增增大大热热损损失失，故故出出站站油温不宜过高。油温不宜过高。含蜡原油的比热容在热力计算时采用所计算的温度区间的平均比热容。含蜡原油的比热容在热力计算时采用所计算的温度区间的平均比热容。第28页/共34页按临界雷诺数值可计算出紊流转变为层流时的临界粘度按临界雷诺数值可计算出紊流转变为层流时的临界粘度Lj 及对应的油温及对应的油温 TLj，牛顿紊流，牛顿紊流 牛顿层流牛顿层流 非牛顿层流非牛顿层流，牛顿紊流，牛顿紊流 非牛顿紊流非牛顿紊流 非牛顿层流非牛顿层流进站油温低于反常点的热含蜡原油管道可能出现的情况为：牛顿紊流进站油温低于反常点的

35、热含蜡原油管道可能出现的情况为：牛顿紊流牛顿层流牛顿层流或非牛顿紊流或非牛顿紊流非牛顿层流非牛顿层流2、流态和流型的变化、流态和流型的变化第29页/共34页3、防止结蜡和清蜡的措施、防止结蜡和清蜡的措施由上面的讨论我们知道，管壁结蜡对热油管道的运行和管理是不利的，那么我们应由上面的讨论我们知道，管壁结蜡对热油管道的运行和管理是不利的，那么我们应当怎样才能防止和减少结蜡呢？当怎样才能防止和减少结蜡呢？从影响蜡沉积的因素方面考虑，防止和减少结蜡的措施有：从影响蜡沉积的因素方面考虑，防止和减少结蜡的措施有：(1)保持沿线油温均高于析蜡点，可大大减少石蜡沉积。保持沿线油温均高于析蜡点，可大大减少石蜡沉

36、积。(2)缩缩小小油油壁壁温温差差。可可采采用用保保温温的的方方法法，既既可可以以减减少少结结蜡蜡又又可可以以降降低低热热损损失失，但但要要进进行行技技术术经经济济比比较较，以以确确定定是是否否采采取取保温措施。保温措施。(3)保持管内流速在保持管内流速在1.5m/s以上，避免在低输量下运行。以上，避免在低输量下运行。第30页/共34页(4)采用不吸附蜡的管材或内涂层。采用不吸附蜡的管材或内涂层。(5)化化学学防防蜡蜡。可可采采用用表表面面活活性性剂剂作作为为防防蜡蜡剂剂，阻阻止止蜡蜡分分子子在在已已结结晶晶的的表表面面上上继继续续析析出出。也也可可以以在在原原油油中中加加入入蜡蜡晶晶改改良良

37、剂剂，使使石石蜡蜡晶晶体体分分散散在在油油流流中中并并保保持持悬悬浮浮，阻阻碍碍蜡蜡晶晶的的聚聚结结或或沉沉积积。但但目目前前这这种种方方法法还还很很不不经经济济，因因为为化化学添加剂太贵。学添加剂太贵。(6)清管器清蜡清管器清蜡上上面面讨讨论论的的各各种种措措施施虽虽然然可可在在不不同同程程度度上上减减少少结结蜡蜡，但但还还不不能能从从根根本本上上清清除除结结蜡蜡。因因此此，目目前前长长输输管管道道上上广广泛泛采采用用的的是是清清管管器器清清蜡蜡。目目前前最最常常用用的的清管器有机械清管器和泡沫塑料清管器。清管器有机械清管器和泡沫塑料清管器。第31页/共34页组组织织和和实实行行定定期期清清

38、蜡蜡是是对对长长输输管管道道进进行行有有效效操操作作的的极极为为重重要要的的条条件件。对对管管路路进进行行定期清蜡包括一系列组织技术措施：定期清蜡包括一系列组织技术措施：a 对管路进行清蜡前的准备工作，并对工况进行分析；对管路进行清蜡前的准备工作，并对工况进行分析；b 确定沿线收发球点的位置；确定沿线收发球点的位置；c 选定各段的清管周期；选定各段的清管周期；d 选择清管器的类型；选择清管器的类型；e 收发清管器。收发清管器。在在上上述述工工作作中中，一一项项重重要要的的工工作作就就是是确确定定清清管管周周期期。清清管管周周期期长长，则则动动力力消消耗耗大大，热热损损失失小小，清清管管费费用用

39、也也小小；而而清清管管周周期期短短，动动力力消消耗耗小小，但但热热损损失失和和清清管管费费用用大大，因此存在一个使总费用最小的最优清管周期。因此存在一个使总费用最小的最优清管周期。第32页/共34页确确定定最最优优清清管管周周期期有有两两种种方方法法。一一种种方方法法是是根根据据过过去去历历次次的的清清管管实实践践，统统计计计计算算出出不不同同清清管管周周期期下下的的总总费费用用，通通过过比比较较选选择择最最优优清清管管周周期期，这这种种方方法法的的计计算算工工作作量量相相当当大大，且且有有很很大大的的局局限限性性。另另一一种种方方法法是是列列出出该该问问题题的的数数学学模模型型，通通过过优优

40、化化方方法法进进行行求求解解，但但这这种种方方法法要要求求知知道道管管壁壁的的结结蜡蜡规规律律(即即结结蜡蜡层层厚厚度度与与时时间间的的关关系系)，而而目目前前在在理理论论上上还还无无法法解解决决这这个个问问题题，因因而而求求解解时时还还存存在在许许多多问问题题，是是一一个个尚尚待研究的课题。待研究的课题。清清管管后后摩摩阻阻降降低低，散散热热量量增增大大。因因此此，对对于于不不满满负负荷荷运运行行的的管管道道，清清管管是是否否经经济济要视管线的具体情况而定。如果清管后泵站要节流，则不如不清管。要视管线的具体情况而定。如果清管后泵站要节流，则不如不清管。第33页/共34页谢谢您的观看！第34页/共34页