国内大部分原油都含有蜡, 因此在对其进行输送的时候难免会出现蜡沉积的情况。石油管线一旦结蜡, 必然会导致有效节流面积降低, 输送压力提升, 输送能力下降, 管道停输后再次启动困难, 严重的会导致堵塞事故。对蜡沉积的规律等进行研究, 在保障输油管线安全工作上具有较强的现实意义, 笔者在本文中对其进行探讨和研究。
1 原油管道蜡沉积引起的问题
石油中析出蜡主要造成的问题为:损失高压力和高粘度, 影响沿程摩阻;再次启动困难;不仅如此, 石油管道积蜡还会影响沿程温降。
1.1 高粘度与高压力
除了紊流之外, 提高输油管道输送压力的最主要原因为析出蜡晶导致的原油高粘度和管壁上蜡沉积。油的温度在10摄氏度左右, 析出的蜡晶量会更多, 含蜡的石油变为非牛顿流体, 作为假塑性流体具有剪切稀释性。随着温度的不断下降, 和牛顿流体相比, 流变参数变化的更为剧烈, 同时提高了触变性。不连续的蜡结晶导致原油粘度的增加, 析出的拉晶成为凝胶, 导致粘附力以及粘结力则增加。损失压力的同时增加了粘度, 最终让管道的输送能力更低。
1.2 再启动时的高屈服应力
管道停止运行后需要再次使用的时候, 其再次启动的压力一般较高, 以便对对凝胶进行破坏, 让流动恢复。如果管道内部上析出石蜡, 那么和泵以及管道承担压力的极限相比, 再次启动的压力更大。
1.3 管壁上蜡沉积
如果析蜡点高于石油温度的时候, 开始出现沉积蜡晶情况。析出的蜡在输油管道表面附着。和管道距离较近的油温低于析蜡点后, 就会出现蜡沉积情况。随着析出以及附着在管壁上的蜡质增多, 管道的通流截面更小, 及时输送量不变, 但是阻力显著提升。要是不提升输送压力, 那么输送量以及速度必然下降。总而言之, 管路的输油能力由于管壁析出蜡质而降低, 输油成本提升。根据相关计算, 500mm的输油管道, 析出的蜡层为2mm, 那么输油成本会增加2.5%, 输油能力降低2.5%。
1.4 析蜡, 结蜡对沿程温降的影响
蜡析出的时候, 和原油的高温度相比, 蜡晶析出的热会导致原油的比热容变化规律混乱。管道壁上附着蜡质, 会影响管道内输油温度散失, 不利于降温。
2 石油管线蜡沉积试验研究
2.1 静态“冷指”和“冷板”法
这类方法的原理为在石油中浸入金属管或者金属板, 金属管以及金属板中通有冷却介质, 在恒温或者恒速降温的环境下对石油以及冷却介质的温度进行控制, 测量单位时间内石油在金属管或者金属板上析出的石蜡量, 这一种方法能够对温度、冷却、时间、表面积以及化学剂对石蜡析出的影响进行研究。SY/T 5798—1993使用的相关方法使用的就是这类方法。
国际上诸如Hunt、Jorda、Charles等学者对石油蜡沉积问题进行研究的时候使用的就是冷板法, 这种方法的实验装置比较简单, 很容易控制油和板二者的温度和温度差, 同时石油还可以使用磁力搅拌杆进行搅拌。Hamouda、Josu等学者对蜡沉积量进行测量的时候使用的方法为冷指法, 事实上, 这种方法和上述的方法在原理上几乎相同, 仅仅对蜡沉淀的表面积加以改变。
2.2 转盘法
这种方法的工作原理主要是在石油中浸入冷却介质的金属盘, 在电动机的带动下金属盘转动, 对石油以及冷却介质的温度进行控制, 并通过电动机控制金属盘的转速, 然后在单位时间内测量石蜡在金属盘中的析出量。这中方法不仅可以测量上述方法测量影响石蜡沉积的各种因素外, 还能够测量石蜡沉积过程中剪切速率带来的影响, 具有一定的优越性。
2.3 环道法
这种方法的工作原理主要是在管道内石油进行内循环, 在冷却介质中浸入管道, 对石油的流量进行控制, 同时控制鞥却介质的温度以及温度差, 在单位时间内测量石油管道内壁析出蜡的量。这种测量方法不仅能够测量静态“冷指”和“冷板”法研究的各种影响石蜡沉积的因素, 还能够研究流量对石油管道中石蜡沉积的影响。
3 结语
石油对一个国家而言具有较强的战略意义, 尤其是随着国家的发展以及经济水平的提升, 各行各业对石油的依赖性不断提升, 同时全球性的石油短缺问题一时难以解决, 石油对国家的政治、经济、社会来讲具有重要的现实意义。因此, 作为石油石化企业应该不断研究提升石油产量的措施, 深化研究石油输油管道中蜡沉积极为重要。
摘要：在开采和运输含蜡原油的过程中, 由于温度的影响会在石油管线壁上析出蜡, 让管道的有效流通截面减小, 管道的输送能力因此而降低, 严重的会导致管道堵塞事故。笔者在本文中首先分析了石油管道蜡沉积引起的问题, 然后简要探讨了石油管线蜡沉积试验研究。
关键词：石油管线,蜡沉积,实验研究
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