油水兩相流蠟沉積研究進(jìn)展.pdf

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1、第38卷第4期化工機(jī)械385油水兩相流蠟沉積研究進(jìn)展。王鵬宇¨1于迭1趙文婷2張宇’楊旭1宮敬1(1．中國石油大學(xué)(北京)；2．中國石化集團(tuán)國際石油工程有限公司；3．中國石油集團(tuán)東南亞管道有限公司)摘要在總結(jié)國內(nèi)外多相流動(dòng)中蠟沉積研究成果的基礎(chǔ)上，著重分析了目前對(duì)油水兩相蠟沉積機(jī)理、冷指實(shí)驗(yàn)、環(huán)道實(shí)驗(yàn)和蠟沉積動(dòng)力學(xué)模型的研究，并提出了一些建議。關(guān)鍵詞多相混輸油水兩相流蠟沉積冷指實(shí)驗(yàn)環(huán)道實(shí)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型中圖分類號(hào)TQ022．4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0254_6094(2011)04．0385m9近年來，隨著海上油氣資源的開發(fā)和海底含蠟原油的不斷開采，多相流動(dòng)中的蠟沉積問題已經(jīng)成為多相混輸技術(shù)面I臨

2、的一個(gè)新問題?。由于受海洋低溫環(huán)境溫度的影響，當(dāng)輸油管道的管壁溫度低于油溫，并且低于析蠟點(diǎn)溫度時(shí)(waxAppearanceTemperature)，管壁附近溶解在原油中的蠟分子在蠟分子濃度梯度等因素的驅(qū)動(dòng)下，向管壁處移動(dòng)并析出蠟晶顆粒，最后沉積在管壁上舊’。蠟沉積的發(fā)生減少了管道的有效流通面積，降低了管道的輸送能力，增大了輸送壓力，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成堵蠟事故”J，不僅危及管道安全，而且造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，開展蠟沉積方面的研究已成為石油工業(yè)研究的熱點(diǎn)。我國生產(chǎn)的大多數(shù)原油具有易凝、超稠和含蠟量高的特點(diǎn)，因蠟沉積問題帶來的防蠟和清蠟成本也高”1。目前，國內(nèi)外對(duì)于蠟沉積的研究主要集中在單相流動(dòng)

3、條件下，油一氣兩相流動(dòng)的蠟沉積研究尚處于起步階段。受含蠟原油組分復(fù)雜和含蠟油一水兩相流動(dòng)流型辨識(shí)難度大等因素的影響，油一水兩相流動(dòng)蠟沉積研究僅僅停留在初步的探索中。筆者在大量參閱了國內(nèi)外蠟沉積研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，著重對(duì)油一水兩相流動(dòng)的蠟沉積研究進(jìn)展進(jìn)行概括和總結(jié)。1蠟沉積過程機(jī)理管道蠟沉積足一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，涉及原油組成、油壁溫度、流速、流型以及管壁材料等多種因素的影響。通過從各方面對(duì)蠟沉積進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，學(xué)者們認(rèn)為”。1蠟沉積機(jī)理主要包括分子擴(kuò)散、布朗運(yùn)動(dòng)、剪切彌散和重力沉降4個(gè)方面的內(nèi)容：HamoudaAA和RavnoyJM¨1認(rèn)為分子擴(kuò)散對(duì)蠟沉積起主要作用；BurgerED等認(rèn)為怕1在高

4、溫和高熱流的條件下分子擴(kuò)散對(duì)蠟沉積起主要作用，剪切彌散在低溫和低熱流的條件下起主要作用。并且與其它機(jī)理作用相比，布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)蠟沉積的作用非常小。近年來，隨著蠟沉積研究的深入和發(fā)展，學(xué)者們提出了“剪切剝離”和“老化”的概念。BrownTS等在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)“剪切剝離”現(xiàn)象¨?——隨著剪切速率的增加蠟沉積速率減小，但是他們并沒有指出該實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在層流還是紊流下進(jìn)行的。HamoudaAA和DavidsenS通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流動(dòng)從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)，蠟沉積速率會(huì)發(fā)生重大改變¨¨。creekJL等認(rèn)為蠟沉積速率隨流速的增加而減小，同時(shí)指出：紊流條件下凝油層中的液相分?jǐn)?shù)比層流條件下低。JessenFW和Howe

5、llJN認(rèn)為在層流條件下，蠟沉積速率隨流速的增大而增加，在流型轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)蠟沉積速率達(dá)到最大值；在紊流條件下，剪切剝離發(fā)生作用，沉積速率隨流速的增大而減小¨“。MatlachWJ和NewberryME發(fā)現(xiàn)，剪切速率與沉積物硬·國家科技重大專項(xiàng)課題子課題資金資助(2008zx05026Ⅲ04—03)?！貔i宇，男。1985年1月生，博士研究生。北京市，102249。386化工機(jī)械2011年度和碳數(shù)分布有關(guān)¨31。許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)“老化”現(xiàn)象¨“”]——在蠟沉積發(fā)生之前會(huì)在低于油溫的管壁處產(chǎn)生一層凝油層，油流中較重的組分會(huì)通過凝油層和沉積層中的液態(tài)油往管壁處擴(kuò)散，而凝油層和沉積層中的輕組分將向反

6、方向擴(kuò)散。這一過程使沉積層中的高分子蠟含量越來越多而含油量逐漸減少。Ramirez—JaramilloE等在建模中考慮了分子擴(kuò)散、剪切剝離和“老化”對(duì)蠟沉積的影響¨8‘。Heman—dezOC等在建模時(shí)也采納了這一理論¨引。singhP等認(rèn)為，向管壁處擴(kuò)散的重組分和向油流中擴(kuò)散的輕組分之間存在一個(gè)臨界碳原子數(shù)，該臨界值因原油組成、沉積條件和管壁溫度的不同而不同，并在建模時(shí)考慮了蠟沉積層中徑向蠟含量分布㈧151。目前，學(xué)者們普遍認(rèn)為¨以¨’141分子擴(kuò)散和熱傳遞是單相流動(dòng)條件下產(chǎn)生蠟沉積的主要因素，剪切彌散、布朗運(yùn)動(dòng)和重力沉降對(duì)蠟沉積的作用可以忽略¨釓¨·14’”1。但是，對(duì)于多相流動(dòng)蠟沉積問

7、題，學(xué)者們只是沿用單相流動(dòng)蠟沉積機(jī)理來近似研究。2油一水兩相蠟沉積冷板、冷指實(shí)驗(yàn)2．1冷板實(shí)驗(yàn)當(dāng)油水混合物流過溫度較低的冷板時(shí)，蠟沉積在冷板上。ColeRJ和JessenFWⅢ1對(duì)油水兩相層流狀態(tài)下的蠟沉積進(jìn)行了冷板實(shí)驗(yàn)，研究了不同材質(zhì)的潤濕特性對(duì)蠟沉積的影響。結(jié)果表明：在親水的材料表面，由于水的存在，蠟沉積量明顯減小，而在親油的材料表面，析蠟量與單相實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比無大的變化。MatlachwJ等采用轉(zhuǎn)盤實(shí)驗(yàn)(