高凝成品油的流速對(duì)管壁結(jié)蠟的影響.docx

1、第24卷第6期2006年12月天然氣與石油NaturalGasAndOilVo).24,No.6Dec.2006扃凝成日油的逐虐對(duì)管壁結(jié)蠟的熟岫馮玉國(guó)1,王岳1,翁蕾2（1.U寧石油化工大學(xué)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，江寧撫順113001；2.遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧撫順113001）摘要:在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上通過(guò)室內(nèi)環(huán)管道實(shí)珍分別模擬了高凝成品油在溫降段和常溫段時(shí)管內(nèi)流速對(duì)管壁結(jié)蠟規(guī)律的影響，對(duì)于指導(dǎo)冬季輸送高瘢成品油減少結(jié)蠟有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：高凝成品油；管線(xiàn)流量;蠟沉積文章編號(hào):10065539（2006）060012-02文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0前言影響蠟沉積速率的因素有很多，如溫度、管

2、徑、流速等。流速對(duì)蠟沉積速率的影響,不同文獻(xiàn)有不同的觀(guān)點(diǎn)，甚至有些結(jié)論完全相反HsuJ.J.C（1994）指出在層流狀態(tài)下,流速對(duì)蠟沉積速率影響不大。Weingarten11988）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析指出，在層流狀態(tài)下，蠟沉積速率隨剪切速率增加而增加;在素流狀態(tài)下，蠟沉積速率隨剪切速率增加而降低。另有文獻(xiàn)認(rèn)為隨著流速的增大,管壁蠟沉積減弱，層流蠟沉積比紊流嚴(yán)重，雷諾數(shù)越小，蠟沉積越多。在層流和紊流的過(guò)渡區(qū)內(nèi)，由于流態(tài)的不穩(wěn)定，蠟沉積速率增高。由于成品油管道為常溫輸送，出站時(shí)油溫較高，輸送一段距離后油溫下降到與地溫基本相同。為了分析流速對(duì)結(jié)蠟的影響，將管線(xiàn)分成溫降段和常溫段兩個(gè)部分來(lái)研究,以柴油為

3、油樣，并建立了室內(nèi)環(huán)管道分別進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究。通過(guò)測(cè)覽兩段的壓力差可以計(jì)算出管壁的結(jié)蠟，如圖1所示。1溫降段流速對(duì)結(jié)蠟量的影響蠟的總沉積速率越大，結(jié)蠟晝就越多。蠟的總沉積速率可表示為：I1水浴2|一|I_&）質(zhì)置流計(jì)X¥卜）助.甘子兩端而的棒A桿泵圖1管流崎沉租實(shí)驗(yàn)裝置W=W“+W由（1）式中W誠(chéng)由分子擴(kuò)散引起的蠟沉積速率；W法一由乾切彌散引起的蠟沉積速率。據(jù)有關(guān)資料表明，油溫高、熱流強(qiáng)度大、油流粘度又小時(shí)，分子擴(kuò)散對(duì)蠟沉積速率起主要作用;油溫低、熱流弱、剪切速率又大時(shí)，剪切彌散起主耍作用。因此由目前的研究及文獻(xiàn)分析,在有溫差段剪切彌散對(duì)蠟沉積的影響很小，可以忽略，蠟沉積主

4、要是由分子擴(kuò)散引起的。蠟分子由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散，其擴(kuò)散速率可由Fick擴(kuò)散方程計(jì)算：wdGndwdT/o式中Pr蠟晶的密度；Dm分子擴(kuò)散系數(shù),m2/s;薛一濃度梯度；收稿日期:2005-12-23作者簡(jiǎn)介:馮玉國(guó)（1973-）,男（滿(mǎn)族），遼寧省鐵嶺市人，1996年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院機(jī)械系儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè),現(xiàn)為江寧石油化JZ大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)在讀碩上，現(xiàn)在主要從事輸氣運(yùn)行優(yōu)化研究和管網(wǎng)水利瞬變的分析與控制研究。電話(huà)第24卷第6期馮玉國(guó)，等：高凝成品油的流速對(duì)管壁站蠟的影響13圖2蠟沉積速率與流速的關(guān)系0.56860.64990.73110.81230.8936流速/ms&

5、quot;芫一徑向溫度梯度。di=_蟲(chóng)紅丁_7）一C（T）d£drA（TT°）'dT一<p式中%為管道有結(jié)蠟時(shí)的總傳熱系數(shù)；B油品常數(shù)；“一油品動(dòng)力粘度。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，由實(shí)驗(yàn)確定的蠟沉積園與計(jì)算得到的蠟沉積量之間并不是相等的。這是由于Fick擴(kuò)散方程描述的是靜態(tài)條件下的分子擴(kuò)散，但在管流條件下蠟分子的沉積規(guī)律與靜態(tài)條件F有所不同。在管流中由于油流的沖刷作用，并不是所有擴(kuò)散到管壁處的蠟分子都能沉積卜,來(lái)。為了研究管流中油流沖刷對(duì)蠟沉積規(guī)律的影響，設(shè)蠟沉積速率為：W=JWml=用（需）（蕓）=血史等）（式中需蠟在油品中的溶解度。式中，W為單位時(shí)間內(nèi)單位面積實(shí)際

6、蠟沉積量可由試驗(yàn)確定，W#表示靜態(tài)條件下在單位時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散到管壁單位面積上可結(jié)晶的蠟分子的鼠，所以/表示管壁處可沉積下來(lái)的蠟分子的比例，稱(chēng)其為沉積系數(shù)。系數(shù)了隨流速、溫度梯度、濃度梯度等因素不同而變化。因?yàn)橄禂?shù)B對(duì)于確定的油品近似為常數(shù)，蠟的密度也大致相同,為簡(jiǎn)化起見(jiàn),在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)將沉積系數(shù)f與BK.pi的乘積一起考慮，即令fpfio實(shí)驗(yàn)中保持參比段的壁溫與油溫相同，而試驗(yàn)段的油溫保持為15C，水溫為4V，這樣在測(cè)試段中有蠟沉積現(xiàn)象發(fā)生,而在參比段中無(wú)沉積物產(chǎn)生,通過(guò)監(jiān)測(cè)兩管段之間的壓差，以考察測(cè)試段內(nèi)蠟沉積層的變化。其各變化規(guī)律如表1所示。表1沉積系數(shù)與流速的關(guān)系流速與沉積速率的關(guān)系及流速

7、與沉積系數(shù)的關(guān)流速/rn*s1蠟沉積速率/103g*(m2*h)1d些/dTio3r蕓/103Vmro/Pa騷0.56861015.80.804634.215.160.840.6499954.30.7731284.426.200.800.7311842.40.7076224.556.950.730.8123710.50.839774.647.720.520.8936520.10.7332985.018.100.40系見(jiàn)圖23所示。1200r0.56860.731I0.8936流速圖3沉祝系數(shù)與流速的關(guān)系2常溫段流速對(duì)結(jié)蠟量的影響在常溫段時(shí)管內(nèi)油品溫度降至接近地溫，在此溫度管壁結(jié)蠟主要受剪切彌散

8、的影響，分子擴(kuò)散的影響可忽略不計(jì)。此時(shí)蠟沉積速率可用下式計(jì)算：W/=KCZ（溜）:KM，,心_n書(shū)衣、W（黃U-n（DLD）式中/>壓力；h流變行為指數(shù)；k稠度系數(shù)；K一沉積速率常數(shù)；C：管壁處的體積百分濃度；L運(yùn)行距離；r圓管的剪切應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)油樣為柴油，其它物性同匕P，一般為860-940kg/m現(xiàn)取Pr=900kg/m管徑D=0.022m©隨若流速的增加，W,與流速的關(guān)系見(jiàn)表2。表2蠟沉積速率與流速的關(guān)系表航速/葉0.56860.64990.73110.81230.893W/10%m2h)I448.0458.4324.3301.291.8第24卷第6期2006年12月天然氣

9、與石油NaturalGasAndOilVol.24,No.6Dec.2006油氣管道投資建模新方法段善寧1,趙伏銳2,汪玉春3(1.中國(guó)石化西南分公司川西采輸處，四川德陽(yáng)618000；2.中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限公司西南分公司，四川成都610017；3.西南石油大學(xué)，四川成都610500；)摘妻:油氣管道投資計(jì)算的準(zhǔn)確性對(duì)管道優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程計(jì)算是否正確具有舉足輕重的作用。在進(jìn)行建模時(shí)，若采用線(xiàn)性最小二乘法對(duì)基捆投資費(fèi)用進(jìn)行線(xiàn)性擬合，有時(shí)要遇到管道參數(shù)之間的多重相關(guān)性、樣本容量小等困難。針對(duì)這些問(wèn)題，提出采用全新建模方法一偏最小二乘法建立管道基期投資計(jì)算模型。偏最小二乘法適用于參數(shù)多吏相關(guān)，樣本容量

10、小的情況。在只有十個(gè)樣本數(shù)據(jù)的條件下，將樣本數(shù)據(jù)按照三組小范國(guó)管徑進(jìn)行劃分，再用偏最小二乘法分別建立三元線(xiàn)性回歸模型。從對(duì)模型進(jìn)行了精度分析看，采用偏最小二乘法所建模型的累計(jì)解釋能力都在97%以上，克服了采用線(xiàn)性最小二乘法建立投資費(fèi)回歸模型計(jì)算結(jié)果誤差大和管道參數(shù)之間的多重相關(guān)性問(wèn)題。關(guān)鍵詞:管道;投資模型；線(xiàn)性回歸；偏最小二乘法;材度文章編號(hào):1006-5539(2006)06001404文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0前言重要組成部分，模型的準(zhǔn)確性對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程計(jì)算結(jié)果具有舉足輕重的影響，實(shí)際應(yīng)用中通常采用投資費(fèi)隨管徑、壁厚變化的數(shù)學(xué)模型。但要建立準(zhǔn)油氣管道投資模型是油氣管道優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的確的數(shù)學(xué)模型則

11、必須根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)來(lái)選取建模的-函數(shù)關(guān)系見(jiàn)圖4。500瓣4°0*300田20091000-函數(shù)關(guān)系見(jiàn)圖4。500瓣4°0*300田20091000*0.56860.73110.8936流速/m妒在冬季順序輸送中,成品油出站溫度較高，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后下降到與地溫基本相同，這一段管道存在溫差較大，蠟沉積速率較大，很容易產(chǎn)生結(jié)蠟。如果前行油品在低地溫下產(chǎn)生結(jié)蠟現(xiàn)象，首先應(yīng)盡量提高流速以減少蠟的沉積;其次要讓前行油品盡量將析出的蠟帶走,以減少蠟與后行油品的摻混，破壞后行油品的質(zhì)雖，造成較大的混油損失。圖4沉積速率與流速的關(guān)系圖2(34參考文獻(xiàn):13結(jié)論由以上的實(shí)驗(yàn)分析我們可以看出，當(dāng)

12、管道處于紊流輸送狀態(tài)時(shí)，在溫降段蠟沉積速率的絕對(duì)值約為常溫段沉積速率的2倍，而隨著流速的增大，他們的蠟沉積速率都在迅速降低，溫降段蠟沉積速率變化幅度也較常溫段蠟沉積速率大。HsuJJC.WaxDepositionScale-upMcxldingforWaxyCrudeProductionLinesM.USA:Oct.7778,1995WeingartenJS.EucherJA.MethodsforPredictingWaxPredictionandDepositionM.USA：SEP15654,1986嚴(yán)大凡.輸油管道設(shè)計(jì)與管理M,北京：石油工業(yè)出版社.1994,92-104.穆昕，黃啟玉,張勁軍.管壁剪切應(yīng)力對(duì)蠟沉積的