模擬環道的蠟沉積實驗研究

董良辰（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

模擬環道的蠟沉積實驗研究

董良辰
（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

實驗研究分析是一項十分重要且合理的科學研究方式，結蠟實驗裝置主要是模擬油品溫度、管壁溫度、油品流量等參數對蠟沉積的影響。著重介紹了一組以壓差法為依據的室內環道仿真模擬裝置，并以蘇嵯原油為例來研究管道結蠟情況，通過得出的實驗數據來分析其結蠟規律。

結蠟實驗；壓差法；結蠟規律

我國國內油田多生產含蠟原油，且輸油管道內若輸送含蠟原油常常會引起管道結蠟的問題，管道結蠟會使輸油管道的輸送能力降低，還會增多清管的次數，有時還會導致蠟堵事故。所以正確的預測管道結蠟情況對于降低管道運行費用，保證油品的安全運輸和制定合理的清管方案都有十分重要的意義［1］。因此，本文根據一組室內環道管輸模擬裝置對給出了相應的實驗介紹，并以蘇嵯原油為例對管道內的結蠟情況進行模擬，以研究管道內的結蠟受溫度等條件的影響情況。

1　實驗原理

1.1實驗裝置

本實驗設備是根據壓差法通過對比管道間的壓力差間接的測算管道的結蠟厚度。這個設備的原理是［2］：同時測量裝置的兩個管段，分別為測試管段和參比管段，再根據實時的測量的數據結果進行對比，以此來完成結蠟厚度的測量和計算。在測量試驗過程中，通過可控制溫度的水套來調整測試管段的管壁溫度，以此保證管壁溫度保持在一個特定的溫度區間，如果管壁的溫度低于管道內油品的析蠟點時，測試管段內就會產生結蠟的顯現，進而會有蠟分子吸附在管壁上，導致測試管段的內徑變小，從而使該管段的兩端壓力差增大。同時調整參比管段的管壁溫度，保證其溫度和管內油品的溫度相同或稍大與管內油溫，從而保證該管段內不會產生結蠟顯現。因為試驗中測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保證，故參比管段和測試管段應分別采用兩組不同的水浴，一組是用來為測試管段降溫，另一組是用來為參比管段保溫。除此之外的管段都采用保溫層和電伴熱帶來保溫，以此來填補設備的熱損失。實驗裝置如圖1所示。

圖1　蠟沉積實驗裝置

1.2蠟沉積厚度計算

實驗油品進入測試管段中后，由于管壁溫度低于油品溫度，導致靠近管壁處的油溫會降低，此處的油品粘度會升高，形成不均勻的物性場，造成流場畸變，因此會影響管路內的壓力差［3］。當計算結蠟厚度的時候應該考慮這一影響因素，文獻［4］中已經對其進行了詳細的闡述，本文不再重復敘述，只列出以下的計算方式。

結蠟后測試管段的內徑計算方法如下：

式中，DT為測試管段結蠟后的內徑，m；DR為參比管段的內徑，m；ΔPT為測試管段的壓力差，Pa；ΔPR為參比管段的壓力差，Pa；（ΔPT/ΔPR）0為實驗開始時測試管段的壓差與參比管段的壓差之比；D0為測試管段的內徑，m；ξ為常數，當流動為牛頓流體層流狀態時，ξ取0.25，在紊流光滑區狀態下ξ=1/4.75，非牛頓流體層流狀態時ξ=1/（3n+1），在紊流光滑區狀態下ξ=1/［（3n-4）b+5］，其中n為冪律流體流變行為指數，b根據Dodge&Metzner［5］經驗差值得到。

2　實驗油樣

為研究輸油管道的結蠟規律及影響因素，本文以蘇嵯油田輸送的原油為例，對其進行室內結蠟實驗，對該區塊典型原油進行取樣分析，其基本物性指標如表1所示。

表1　蘇嵯原油基本物性指標

3　實驗結果

在第一次的試驗中，控制測試管段的水浴的水溫在40℃，以此保證測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℃。實驗數據顯示，參比管段基本不存在壓力差，這說明參比管段沒有出現結蠟現象，然而測試管段的壓差在升高，這說明在管壁40℃時，測試管段的結蠟量在逐漸增多，且通過分析其升高的速度可以推測結蠟速度較快，詳見表2。

表2　實驗數據（T為測試管段，R為參比管段）

在第二次試驗中，控制測試管段的水浴的水溫在35℃，以此保證測試管段的管壁溫度為35℃，控制參比管段水浴的水溫在45℃。實驗數據顯示，參比管段基本不存在壓力差，這說明參比管段沒有出現結蠟現象，然而測試管段的壓差在升高，這說明在管壁40℃時，試驗管段的結蠟量在逐漸增多，但其結蠟速率相對較慢，詳見表3。

表3　實驗數據（T為測試管段，R為參比管段）

在第三次試驗中，相對于上兩組實驗，降低1/3的油品流量，控制測試管段的水浴的水溫在35℃，以此保證測試管段的管壁溫度為35℃，控制參比管段水浴的水溫在45℃。實驗數據顯示，參比管段基本不存在壓力差，這說明參比管段沒有出現結蠟現象，然而測試管段的壓差在升高，這說明在管壁40℃時，試驗管段的結蠟量在逐漸增多，但其結蠟速率相對較慢，詳見表4。

4　實驗結論

通實驗結果可以得出，結蠟速率會隨著時間的推移而減??；當關閉的溫度高于輸送油品的析蠟點時，不會產生結蠟現象。在相同的油壁溫差的情況，結蠟速率會隨著油品溫度的升高而變慢；在相同的油品溫度的情況下，結蠟速率會隨著油壁溫差的增大而變慢，結蠟速率不但與輸送油品的含蠟量有關，油壁溫差、輸量等因素也會對其產生影響。

表4　實驗數據（T為測試管段，R為參比管段）

［1］ 孫百超，王岳，尤國武.含蠟原油熱輸管道管壁結蠟厚度的計算［J］.石油化工高等學校學報，2003，（4）：48-51.

［2］ 王霞光，蔡均猛.模型環道的蠟沉積實驗［J］.石油化工高等學校學報，2005，（02）：64-66；94.

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

［4］ 蔡均猛，張國忠.用差壓新方法確定模型環道蠟沉積厚度［J］.石油大學學報（自然科學版），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

作者簡介： 董良辰（1992—），男，山東壽光人，研究生在讀，主要研究方向為石油與天然氣工程。

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，主要研究方向為石油與天然氣工程。