管道输送蜡沉积研究

摘 要：本文综述了国内外对蜡沉积的研究，阐述了蜡沉积机理、实验、单相蜡沉积模型以及油水两相流动蜡沉积模型。

关键词：蜡沉积；实验；动力模型；管道

在海洋和陆上管道集输系统中，油气多相混输技术的应用十分广泛。随着海上油气资源的开发和海底含蜡原油的不断开采，多相流动中的蜡沉积问题已经成为多相混输技术面临的一个问题。蜡沉积的发生减少了管道有效流通面积，严重时会造成堵蜡事故，不仅危及管道安全，而且造成严重的经济损失，因此，非常有必要对蜡沉积开展研究。

1 蜡沉积的机理

目前，蜡沉积成因的机理，包括分子扩散、剪切弥散、布朗扩散和重力沉降。

Hamouda 等通过实验研究发现，在管内油流流态为层流时，蠟沉积速率随流速的增大而增大，只有当管内流态为紊流时，蜡沉积速率才随流速的增大而减小。Hsu等研究富气原油在湍流条件下的蜡沉积规律时，发现在湍流条件下，剪切剥离效应不容忽视，沉积在管壁上的蜡的硬度和沉积物中平均碳原子数均随着沉积时间的延长而增大。

2 蜡沉积实验

2.1 冷板实验

Cole等对油水两相流层流状态下的蜡沉积进行了冷板实验。当油水混合物流过温度较低的冷板时，蜡沉积在冷板上，该实验研究的是不同的润湿特性（冷板材质特性的改变）对蜡沉积的影响，结果表明： 在亲水的材料表面，由于水的存在，蜡沉积量明显减小，而在亲油的材料表面，析蜡量与单相实验结果相比无大的变化。

2.2 冷指实验

Hamouda 和 Josué 等分别利用冷指实验装置，研究了单相含蜡油体系中的蜡沉积规律研究。张宇等利用冷指实验装置进行了含蜡油-水乳状液的蜡沉积规律研究，分析了含水率、温差、沉积时间和乳状液特性对油-水两相体系中蜡沉积的影响。结果表明：随着剪切应力的增大，蜡沉积速率减小；在相同的实验条件下，地面脱气原油蜡沉积速率大于含气原油的蜡沉积速率。

2.3 旋转盘实验

Matlach W J 等采用转盘实验研究了剪切速率对蜡沉积的影响。转盘实验的原理与冷板实验原理相同，只是蜡是沉积在可以旋转的金属盘上。不过，这与实际管道内的流动剪切过程不一致。

2.4 环道实验

环道法的工作原理是将原油在管道内循环，管道浸于冷却介质中， 控制原油的流量、原油和冷却介质的温度（ 恒温、恒温度差或恒速降温），测量在规定时间内管道内壁上的结蜡量。这类测试方法能够测量温度、温度差、冷却速率、时间、化学剂、沉积表面的性质及流量对石蜡沉积的影响。Bruno A等采用原油和凝析油两种油品分别进行了不同含水率下油包水型和水包油型乳状液的蜡沉积环道实验。结果表明，随着含水率的增加，两种油品的蜡沉积厚度和沉积物的含蜡量均逐渐减小，而沉积物中的含水率逐渐增加。

3 管流蜡沉积动力学模型

3.1 单相蜡沉积模型

在不考虑油品自身组分影响下，决定蜡沉积的关键机理是油壁温差引起分子扩散作用。Burger认为在高油温和高热流量条件下，分子扩散起主要作用，而在温度较低和低热流情况下，剪切分散是引起蜡沉积的主要机理。Hsu考虑了分子扩散和剪切分散影响，建立了蜡沉积动力学模型。

Brown和Majeed等为代表的学者提出，剪切分散作用对蜡沉积的影响可以忽略。Brown认为剪切分散对蜡沉积影响很小。主要理由是，在恒定温度条件下，对不同原油进行多个剪切速率的蜡沉积实验，结果表明蜡沉积速率随剪切速率的增加而减小。

中国石油大学（北京）张劲军、黄启玉等学者认为影响管流蜡沉积的主要机理是分子扩散，但同时还应考虑剪切分散作用对蜡沉积的影响，并提出了预测模型，该模型的结果与现场结果趋势相同， 并具有较好的精度。

3.2 油-水两相流动蜡沉积动力学模型

Couto G H等采用冷指实验装置对油-水两相蜡沉积进行了实验研究，并在原有单相蜡沉积模型的基础上建立了油-水两相蜡沉积动力学模型。该模型实际上是用油水混合物的物性来代替单相油品的物性，然后带入已有的单相蜡沉积模型中得到的。但是该模型中的物性计算并没有考虑流型和油水分布不均的影响，且忽略了反相的情况。

Bruno A等利用实验环道分别采用South Pelto原油和 Garden Banks凝析油两种油品，进行了油包水和水包油型乳状液的蜡沉积实验研究，将均衡模型和膜质量传递模型两种模型的预测结果与实验结果进行了比对。结果发现，采用均衡模型的预测值低于实验值，而后者则高于实验值。

改进后的模型更好地预测了油包水和水包油型乳状液的蜡沉积速率，但精度仍然不高。中国石油大学（ 北京） 姚海元通过对油包水型乳状液的表观粘度进行研究后发现，管流条件下混合流速对乳状液的表观粘度存在较大影响； 窦丹等研究了分散相粒径分布对乳状液表观粘度的影响并建议在建模时考虑剪切作用对表观粘度的影响。

参考文献：

[1]李汉勇，宫敬.石油管线蜡沉积试验研究进展[J].石油矿场机械，2010，39（6）：5-11.

[2]王鹏宇，于达.油水两相蜡沉积研究进展[J].化工机械，2001，38（4）：385-389.

[3]李文庆，于达.高压水合物/蜡沉积试验环路的设计与建设[J].实验室研究与探索，2011，30（12）：14-16.

[4]张宇，吴海浩.海底混输管道蜡沉积研究与发展[J].石油矿场机械，2009，38（9）：1-8.

[5]王玮，宫敬.石油多相管流蜡沉积研究进展[J].化工机械，2006，33（4）：199-203.

推荐访问： 沉积 输送 管道 研究

---