油水两相流蜡沉积研究进展.pdf

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1、第38卷第4期化工机械385油水两相流蜡沉积研究进展。王鹏宇¨1于迭1赵文婷2张宇’杨旭1宫敬1(1．中国石油大学(北京)；2．中国石化集团国际石油工程有限公司；3．中国石油集团东南亚管道有限公司)摘要在总结国内外多相流动中蜡沉积研究成果的基础上，着重分析了目前对油水两相蜡沉积机理、冷指实验、环道实验和蜡沉积动力学模型的研究，并提出了一些建议。关键词多相混输油水两相流蜡沉积冷指实验环道实验动力学模型中图分类号TQ022．4文献标识码A文章编号0254_6094(2011)04．0385m9近年来，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I临

2、的一个新问题⋯。由于受海洋低温环境温度的影响，当输油管道的管壁温度低于油温，并且低于析蜡点温度时(waxAppearanceTemperature)，管壁附近溶解在原油中的蜡分子在蜡分子浓度梯度等因素的驱动下，向管壁处移动并析出蜡晶颗粒，最后沉积在管壁上旧’。蜡沉积的发生减少了管道的有效流通面积，降低了管道的输送能力，增大了输送压力，严重时还会造成堵蜡事故”J，不仅危及管道安全，而且造成严重的经济损失。因此，开展蜡沉积方面的研究已成为石油工业研究的热点。我国生产的大多数原油具有易凝、超稠和含蜡量高的特点，因蜡沉积问题带来的防蜡和清蜡成本也高”1。目前，国内外对于蜡沉积的研究主要集中在单相流动

3、条件下，油一气两相流动的蜡沉积研究尚处于起步阶段。受含蜡原油组分复杂和含蜡油一水两相流动流型辨识难度大等因素的影响，油一水两相流动蜡沉积研究仅仅停留在初步的探索中。笔者在大量参阅了国内外蜡沉积研究文献的基础上，着重对油一水两相流动的蜡沉积研究进展进行概括和总结。1蜡沉积过程机理管道蜡沉积足一个相当复杂的过程，涉及原油组成、油壁温度、流速、流型以及管壁材料等多种因素的影响。通过从各方面对蜡沉积进行实验研究，学者们认为”。1蜡沉积机理主要包括分子扩散、布朗运动、剪切弥散和重力沉降4个方面的内容：HamoudaAA和RavnoyJM¨1认为分子扩散对蜡沉积起主要作用；BurgerED等认为怕1在高

4、温和高热流的条件下分子扩散对蜡沉积起主要作用，剪切弥散在低温和低热流的条件下起主要作用。并且与其它机理作用相比，布朗运动对蜡沉积的作用非常小。近年来，随着蜡沉积研究的深入和发展，学者们提出了“剪切剥离”和“老化”的概念。BrownTS等在实验中发现“剪切剥离”现象¨⋯——随着剪切速率的增加蜡沉积速率减小，但是他们并没有指出该实验结果是在层流还是紊流下进行的。HamoudaAA和DavidsenS通过研究发现，当流动从层流转变为紊流时，蜡沉积速率会发生重大改变¨¨。creekJL等认为蜡沉积速率随流速的增加而减小，同时指出：紊流条件下凝油层中的液相分数比层流条件下低。JessenFW和Howe

5、llJN认为在层流条件下，蜡沉积速率随流速的增大而增加，在流型转变为紊流时蜡沉积速率达到最大值；在紊流条件下，剪切剥离发生作用，沉积速率随流速的增大而减小¨“。MatlachWJ和NewberryME发现，剪切速率与沉积物硬·国家科技重大专项课题子课题资金资助(2008zx05026Ⅲ04—03)。¨王鹏宇，男。1985年1月生，博士研究生。北京市，102249。386化工机械2011年度和碳数分布有关¨31。许多学者研究发现“老化”现象¨“”]——在蜡沉积发生之前会在低于油温的管壁处产生一层凝油层，油流中较重的组分会通过凝油层和沉积层中的液态油往管壁处扩散，而凝油层和沉积层中的轻组分将向反

6、方向扩散。这一过程使沉积层中的高分子蜡含量越来越多而含油量逐渐减少。Ramirez—JaramilloE等在建模中考虑了分子扩散、剪切剥离和“老化”对蜡沉积的影响¨8‘。Heman—dezOC等在建模时也采纳了这一理论¨引。singhP等认为，向管壁处扩散的重组分和向油流中扩散的轻组分之间存在一个临界碳原子数，该临界值因原油组成、沉积条件和管壁温度的不同而不同，并在建模时考虑了蜡沉积层中径向蜡含量分布㈧151。目前，学者们普遍认为¨以¨’141分子扩散和热传递是单相流动条件下产生蜡沉积的主要因素，剪切弥散、布朗运动和重力沉降对蜡沉积的作用可以忽略¨钆¨·14’”1。但是，对于多相流动蜡沉积问

7、题，学者们只是沿用单相流动蜡沉积机理来近似研究。2油一水两相蜡沉积冷板、冷指实验2．1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。ColeRJ和JessenFWⅢ1对油水两相层流状态下的蜡沉积进行了冷板实验，研究了不同材质的润湿特性对蜡沉积的影响。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。MatlachwJ等采用转盘实验(