(对含蜡原油性质与管道热输工艺关系的思考.docVIP

对含蜡原油性质与管道热输工艺关系的思考在过去的若干年里，油气储运专业领域内，对原油热输工艺管道进行了大量的应用理论研究和技术改造工作。应当说技术已相当定型。然而，如果从管道业的安全经济目标出发，需要进一步节能降耗、拓展输量范围、达到更经济的平稳运行，则还必须要在技术上有所创新，争取从确定输送工艺参数的依据上有大的突破才行。 ? ? 围绕原油流动的多方面研究的目的，一直在于深入了解和准确掌握原油流动性质和影响因素，并由此而去确定工艺条件和实施控制。现仅就对含蜡原油性质的认识以及由此引发的关于热输工艺问题的思考做一些讨论。 1 ．对含蜡原油性质的认识与研究 回顾近二十年来，含蜡原油流变性及其相关性质一直是我国研究者关注的热点与重点，现在看来已取得相当可喜的成就。 1.1??热处理效应 ? ? 热处理工艺研究使我们认识到，原油的 热处理效应 对含蜡原油凝点、非牛顿性的表观粘度影响甚大。不同条件的热处理可以使同一种含蜡原油的凝点差异达 15~20 ℃，进入非牛顿区的温度标志 - 粘度反常点 也会有 10~20 ℃的差别，而在非牛顿区的表观粘度差别可达一个数量级。这个事实已得到公认，热处理工艺已在国内外若干条管道上（例如： 1963 年的印度纳霍卡提亚 - 巴饶尼管道、 1965 年克拉玛依 - 独山子管道、 1980 年的濮阳 - 临邑管道、 1984 年的马惠宁管道、 1995 年的中朝管道等）获得实际应用。从而突破了原来管道热输工艺在输量、运行热力条件和安全停输时间等方面的许多界限。 热处理效应 唤起了研究者对原油流变性以及原油微观领域的研究兴趣。 1.2??原油流变性 ? ? 随着原油流变性研究的逐渐全面展开，揭示出含蜡原油一系列复杂的流变性规律。它在一定的低温范围中呈现的非牛顿特性包括了非依时（与受剪切时间无关）的假塑性、屈服塑性和屈服 - 假塑性。把原油视为简单的牛顿流体，以单一的粘度为流动性指标显然已经不行了。原来的牛顿流体的粘度概念必须修正为 表观粘度 ，必须引入测量时的剪切速率因素。在半对数坐标中，典型的含蜡原油粘温关系曲线由通常的直线变成为折线，而且在低温区呈 扫帚型 。更为复杂的是含蜡原油还包括了与受剪切时间有关的 依时 的触变性和结构恢复性。 依时性 特点使得含蜡原油的凝点和一系列 非依时 特性除了热处理效应外，还有 剪切历史效应 。研究者不仅寻找描述这些规律的表征参数与数学模型（如幂律方程、宾汉姆方程、触变方程等 本构方程 ），针对各种含蜡原油测定流变参数，还探求其适用条件和工程应用的计算方法。经过研究者的不懈努力，在理论范畴和实验室实验方面的成果已经很多，公开发表的文献不胜枚举。应当说加热输送过程中将含蜡原油的非牛顿性考虑进来，现在已是可能的事情。 1.3??原油析蜡特性及其与流动性之关系 ? ?从原油析蜡与原油流动性的关系，认识到掌握原油析蜡特性的必要。石油化学的知识让我们可以得知，原油所含的蜡指的是从 C16 到 C60 以上的烃类（石蜡与微晶蜡）的混合物；随着温度的降低，它们从溶解于原油液态烃类当中自高碳数到低碳数依次呈晶体析出，并随后结合成一定形态的聚集体或网络结构；蜡晶的析出与结合过程伴随有热效应。相关的研究还揭示出：析蜡过程和析出蜡晶的形态、习性是管道结蜡的原由，更是影响原油低温流动性的关键。在以往传统的管道输送工艺设计中把这些影响概括在原油比热容随温度的变化之中，显然过于简单。近十多年来，我国研究者致力于运用现代分析测试手段，直接探索原油析蜡过程和蜡晶形态、习性以及结蜡的规律。建立了针对原油析蜡过程的热分析方法，研究者使用差示扫描量热仪（ DSC 仪）测定出我国大部分含蜡原油及各种不同配比原油的析蜡热谱图。从而掌握了多种原油的析蜡点、析蜡高峰温区、析蜡潜热、以及根据析蜡热焓与蜡的平均结晶热估算原油的析蜡量；利用偏光显微镜、图象分析系统、 X 射线衍射仪甚至扫描电子显微镜研究了蜡晶形态与习性，了解了对应不同温度、剪切、加剂等外界条件下生成的不同的蜡晶形态，并提出利于原油流动的理想蜡晶模型；专门设计制造出结蜡实验装置，研究了管道结蜡规律以及它们的种种影响因素。研究者探讨了这些内在因素与原油流变性的关系。甚至还建立了一些数学关联式，尝试着从析蜡量的温度分布和蜡晶形态来定量预测原油的流动性质，至今已得到许多极有价值的认识。 ? ???现如今，我们可以通过热历史、剪切历史对决定含蜡原油流动性的蜡晶的影响，根据蜡晶析出情况确定管道输送工艺条件。这已经使原油流变性的机理可以和管输工艺相联系了。? ?? ?? ?? ?? ???1.4? ? 原油化学组成及其与流动性的关系 ? ? 从化学的观点再深入一步来看 , 任何物质的