《管道工程使用》输油管道初版.ppt

管道是石油生产过程中的重要环节，是石油工业的动脉。在石油的生产过程中，自始至终都离不开管道。我们可以把石油的生产过程简单的表示为： 例题： 某φ325×7的等温输油管，原设计为一个泵站。管路纵断面数据见下表。全线设有两座泵站，以“从泵到泵”方式工作。试计算该管线的输量为多少？ 解： 方法一：根据纵断面数据，只有64km处可能为翻越点，为此，分别按64km和终点分别计算输量，其中最小者即为管道应达到的输量。 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—范围内。 以上分析了各因素单独对管壁结蜡的影响。实际运行的管道结蜡的情况受到上述诸因素的综合影响。 另外，清管器直径的选择也是一个非常重要的问题，这关系到清管的成败，尤其是长时间未清过管的管道。如果清管器直径过大，可能引起蜡堵，如花格线就曾经发生过清管蜡堵问题，损失几千万。最好的办法是先根据管道的运行参数反算管道的当量管内径，据此确定首个清管器的直径，然后逐渐加大清管器的直径。 清管后摩阻降低，散热量增大。因此，对于不满负荷运行的管道，清管是否经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。 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，才析出蜡晶。 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。 析蜡温度的判定： ①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。 ②热容—温度曲线开始随温度的下降而上升时的温度。 7.8 热输含蜡原油管道的石蜡沉积 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。 蜡结晶大量析出的温度范围称为析蜡高峰区，随原油的组成而不同。 (2) 管壁“结蜡”现象 我们通常所说的“结蜡”实际上是指在管道内壁上逐渐沉积了某一厚度的石蜡、胶质、凝油、砂和其它机械杂质的混合物。在长输管道的沉积物中，原油的含量要高些。 7.8 热输含蜡原油管道的石蜡沉积 大口径长输管道的“结蜡”特点： 管壁上的凝结层一般比较松软。 管壁上的沉积物有明显的分界，紧贴管壁的是黑褐色发暗、类似细砂的薄层，其组成主要是蜡，是真正的结蜡，有一定的剪切强度，这一层的厚度一般只有几毫米，与管壁粘结较牢固，在蜡层上面是厚度要大得多的黑色发亮的沉积物，主要是凝油，即在蜡和胶质、沥青质构成的网络结构中包含着部分液态粘油。 在管道中途某一温度范围内是结蜡高峰区，过了结蜡高峰区后结蜡层有减薄现象，在末端结蜡层厚度又上升，这是由于油流带来的前面冲刷下来的“蜡块”重新沉积的缘故。 7.8 热输含蜡原油管道的石蜡沉积 (3) 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①分子扩散，②布朗运动， ③剪切弥散。 含蜡原油在管内输送过程中，油温不断降低，当油温降低到某一温度时，由于管壁温度总是低于油温，靠近管壁处的溶解石蜡首先达到饱和状态，如果油温再降低，则会出现过饱和，借助管内壁提供的结晶中心(粗糙突起、杂质)而首先析出。管壁处石蜡的析出，使其浓度降低，这样便会在管壁和紊流核心之间产生浓度梯度(Concentration gradient)。该浓度梯度使溶解在原油中的石蜡分子从管中心向管壁扩散，为管壁上的继续结蜡创造条件。 ① 分子扩散 7.8 热输含蜡原油管道的石蜡沉积 层流边界层中的蜡晶粒，会由于布朗运动而互相粘结变大而沉降，但其作用较弱。 ② 布朗运动(Brownian movement) 当原油温度降到析蜡点以下时，石蜡分子就形成微小的蜡晶从原油中析出。悬浮在层流中的蜡晶颗粒，由于流速梯度场的存在，会以一定的角速度作旋转运动，并出现横向的局部平移（如图所示），使蜡晶向管壁移动，最后沉积在管壁上。 ③ 剪切弥散(shear dispersion) 7.8 热输含蜡原油管道的石蜡沉积 由于油品具有粘性，旋转的蜡晶颗粒会使靠近颗粒表面的流层产生环流。处于环流区的颗粒对相邻的颗粒会产生吸引力，使之互相碰撞。如果原油中蜡晶颗粒很少，相互碰撞只产生暂时的位移，以后仍然回到原来的流线，并不产生净的径向移动。如果原油中蜡晶颗粒很多，则互相碰撞会造成净的横向分散，称为剪切弥散，使石蜡结晶从紊流核心向管壁传递，传递来的石蜡便在管壁处沉积起来。另外原油中的微晶蜡处于热运动状态，因此产生布朗运动，由于径向存在浓度梯度，布朗运动的净结果，使蜡晶颗粒由高浓度区向低浓度区扩散。 7.8 热输含蜡原油