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1、中國(guó)石油大學(xué)（華東）博士學(xué)位論文管流含蠟原油蠟沉積特性研究姓名：張足斌申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：油氣儲(chǔ)運(yùn)工程指導(dǎo)教師：張國(guó)忠20091001捅要我國(guó)生產(chǎn)的原油大部分含蠟量高，凝點(diǎn)高。不管是陸上還是海上，含蠟原油管道都存在蠟沉積問題。為了提高含蠟原油管道運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，有必要探尋管輸條件下的蠟沉積規(guī)律，建立合理的蠟沉積模型，預(yù)測(cè)管道中的蠟沉積厚度分布，為制定合理的清管方案和管道優(yōu)化運(yùn)行方案提供依據(jù)。建立了一套用于進(jìn)行蠟沉積的兩段式環(huán)道模擬裝置，并給出了新的管壁平均結(jié)蠟厚度的計(jì)算方法和蠟沉積層內(nèi)側(cè)溫度梯度的計(jì)算方法。改
2、進(jìn)的差壓法改變了文獻(xiàn)方法修正過度的缺陷。在恒壁溫管流溫度場(chǎng)計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推導(dǎo)出了變壁溫、管壁有結(jié)蠟層條件下的溫度場(chǎng)計(jì)算公式，并給出了計(jì)算方法。對(duì)青海原油進(jìn)行蠟沉積模擬實(shí)驗(yàn)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。影響管流蠟沉積的因素除了含蠟原油的組成、密度一溫度關(guān)系和粘度一溫度關(guān)系等內(nèi)在因素外，還有幾項(xiàng)外在因素，包括原油管道內(nèi)的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、粒子的布朗運(yùn)動(dòng)、流體的剪切和蠟粒子間(或蠟粒子與管壁間)的結(jié)合力。在Fick第一定律的基礎(chǔ)上，建立了新的蠟沉積動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)原油蠟沉積實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸分析，效果很好。在此基礎(chǔ)上得到了多個(gè)不同精
3、度的簡(jiǎn)化模型。澄清了剪切和彌散對(duì)管道蠟沉積所起的作用不同。剪切對(duì)蠟沉積既有促進(jìn)作用又有抑制作用。對(duì)于管道層流條件下的蠟沉積，忽略彌散作用影響不大。利用紊流條件下動(dòng)量傳遞和能量傳遞的比擬關(guān)系，得到了穩(wěn)定紊流條件下管道能量平衡型蠟沉積厚度的計(jì)算公式。利用現(xiàn)役管道運(yùn)行數(shù)據(jù)來回歸模型中的參數(shù)，可對(duì)沿線蠟沉積厚度進(jìn)行預(yù)測(cè)。利用本文的管道蠟沉積厚度計(jì)算公式，詳細(xì)分析了多種因素對(duì)管道蠟沉積厚度的影響以及由于蠟沉積引起的管道運(yùn)行參數(shù)的變化規(guī)律。將管壁的蠟沉積過程分為三個(gè)階段：誘導(dǎo)期、正常蠟沉積期和蠟沉積衰減期。通過對(duì)沉積粒子的濃度進(jìn)行
4、分析，第一次得到了誘導(dǎo)期的蠟沉積厚度表達(dá)式，正常沉積期的蠟沉積速度用本文的動(dòng)力學(xué)新模型表達(dá)，衰減期的蠟沉積速度可用本文的能量平衡型蠟沉積積厚度公式計(jì)算。詳細(xì)分析了三個(gè)不同階段影響蠟沉積速度的因素。誘導(dǎo)期內(nèi)的影響因素，除了管內(nèi)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，還有粒子的物理化學(xué)特性、管壁表面特性的影響和初始沉積函數(shù)。正常蠟沉積時(shí)問的長(zhǎng)短主要取決于沉積層內(nèi)側(cè)溫度，1個(gè)變化的快慢以及∥∞(導(dǎo))”近似等于常量的溫度范圍。蠟沉積衰減期沉積速度取決于眾多因素的協(xié)同作用。管道沉積物的老化過程除了包含二次傳質(zhì)過程，還應(yīng)該包含沉積物中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在力作用下屈
5、服、失穩(wěn)扭曲甚至壓斷繼而被壓實(shí)重組的過程。本文首次對(duì)沉積物進(jìn)行了詳盡的應(yīng)力分析和變形分析。理論分析證實(shí)，管內(nèi)流體的壓力作用以及沉積物內(nèi)的溫度收縮都對(duì)管壁附近的沉積物有壓實(shí)作用。計(jì)算實(shí)際管道內(nèi)沉積物厚度需要精度較高的參數(shù)和可靠的工藝計(jì)算方法。本文對(duì)輸油管道工藝計(jì)算中的平均溫度計(jì)算公式進(jìn)行了修正，給出了不但簡(jiǎn)單而且精度較高的工藝計(jì)算方法。對(duì)于總傳熱系數(shù)的反算，本文強(qiáng)烈建議需要考慮結(jié)蠟潛熱的影響，需要考慮摩擦溫升沿程變化而不是作為常數(shù)，傳統(tǒng)的反算總傳熱系數(shù)方法導(dǎo)致結(jié)果偏低。對(duì)于散熱過快的管道，可以利用更長(zhǎng)更厚的沉積層，達(dá)到降
6、低出站溫度提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。當(dāng)蠟沉積物厚度超過允許厚度時(shí)，可以不進(jìn)行清管，代之以提高出站溫度對(duì)沉積層進(jìn)行沖刷，將沉積層厚度始終控制在經(jīng)濟(jì)范圍之內(nèi)。關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸管道，含蠟原油，蠟沉積，模型，工藝計(jì)算WaxdepositionpropertyofwaxyoilinpipelineZhangZubin(CollegeofStorage&TransportationandArchitecturalEngineering)DirectedbyProf．ZhangGuozhongAbstractOilproducedinChin
7、amostincludesmuchwax，along誦mhighcloudtemperature．Allpipelineappliedtotransportwaxyoilfaceswithdeposition．Toensurethesafetyandeconomyofthepipeline，itisnecessarytostudyonwaxdepositiontopredictthicknessofsedimentonpipewallSOthatperiodofpiggingandoptionaloperationCa
8、nbedetermined．Aloopedexperimenthasbeenestablishedtosimulatewaxdeposition．Anewmethodhasbeenfoundtocalculateaveragethicknessofsediment,whichcorrectstheover-modification
