流态变化对管道运行费用影响的理论分析

热油管道在运行过程中管内油温沿轴向逐渐降低,同时整条管道的运行工况随油流前行而不断变化,原油将从牛顿流体转变成非牛顿流体,不同流态下的管段摩阻损失不同,因而整条管道各段所需压头不同,应分段计算.以两泵站间无旁接输油管道的情况为例,计算求得不同进、出站油温对各流态管段长度、摩阻损失的影响,建立数学模型分析流态变化对输油管道系统运行费用的影响.对不同流态的输油方案进行比较,在确保完成输油任务的前提下,确定算例热油管道站间最佳输油方案.     

埋地热油管道准周期运行温度研究

热油管道运行时，沿线油温受运行历史的影响。由于大气周期温度变化和管内油温的作用，管外土壤环境温度场呈准周期变化。通过对热油管道周期运行温度的计算，讨论了热油管道输油历史对周期运行温度的影响。认为热油管道出站油温变化持续时间越长，管道恢复正常运行需要的时间也越长。当管道发生事故需要确定允许停输时间时，应考虑停输前15天内管道输油参数变化的影响。     

热油管道清蜡周期的抛物线计算模型

在热油管道输送过程中,结蜡现象严重影响原油输送的经济性与安全性,合理制定热油管道清蜡周期是确保管道正常运行的关键。通过分析不同含蜡量、含胶量、含水率的原油结蜡强度随温度变化的规律,拟合出温度与结蜡强度抛物线的关系式,结合析蜡温度建立了热油管道结蜡强度通用抛物线数学模型和清蜡周期计算公式,可实现对不同含蜡量、含胶量、含水率、析蜡温度下热油管道清蜡周期的量化计算,进而为原油特性相近的热油管道制定合理的清蜡周期,确保输油管道正常运行。该方法在西吐孜科尔油田—库木克尔油田的热油管道进行了实例应用,合理调整了管道清管周期,管道运行安全可靠,为热油管道清蜡周期的确定提供了技术支持。(图3,表1,参22)     

含蜡热油管道稳态与瞬态的温降计算

含蜡热油管道在设计及实际运行过程中,油品密度、粘度、比热容沿程随温度变化,沿线流型与流态也不断变化,这些都是计算管道温降必须考虑的因素.从能量方程出发,计入析蜡潜热的影响,推导出管道沿线流量变化不大时的瞬态温度方程,并利用三特征线方法进行求解,提高了含蜡热油管道的计算精度,并为其设计计算及仿真软件的开发提供了理论依据.     

降低输油管道进站温度的节能效果

通过对影响热油输送管道油品出站温度的因素进行分析,指出热油管道通过降低出站温度可以节约燃料油;总传热系数的降低可以进一步降低出站温度;增加管道摩阻可以降低燃料油的消耗.以任京输油管道为例,分析了不满输管道节流降耗问题,论证了降低输油管道进站温度的节能效果和可行性.     

用双曲正切结蜡模型计算含蜡原油管道的结蜡分布

在原油热输管道修复开挖暴露长度的计算中,应用了双曲正切结蜡模型计算管道开挖前的结蜡厚度分布。对模型的验证表明,双曲正切结蜡模型用于计算含蜡原油管道的结蜡分布是可行的,计算得到的热油管道开挖暴露长度更合理。     

含蜡原油管道含蜡量计算及加剂油头跟踪方法

针对高含蜡原油因结蜡导致管道堵塞和停输再启动困难的问题,基于运行参数分析,通过长输管道水力摩阻计算公式变换及SPS模型拟合,计算得到了管道内以结蜡为主的不可流出物的含量,并利用加剂油头到达末站引起过滤器堵塞及油头凝点变低的现象,得到了管道内实际不可流出物的体积,与模型计算结果对比表明：计算含蜡量与实际含蜡量相吻合,模型基本满足要求。由于乍得加剂高凝油与非加剂高凝油的黏度差别较大,提出了一种根据各阀室站场间压力差变化来跟踪加剂油头的方法,用于判断加剂油头到达的大概位置,为高凝高含蜡原油管道加剂时间及加剂量的确定提供参考。     

蜡沉积层冲刷实验

准确预测管道,特别是长期不清管的管道沿线的蜡沉积分布是原油管道蜡沉积研究的一个重要方向。任京管道采用正反输送工艺,蜡沉积规律与其它输油管道不同。设计、安装了冷指实验装置,动态模拟了原油的蜡沉积,研究了原油冷指温差、原油温度区间、搅拌转速对沉积物析蜡点和含蜡量的影响。研究结果表明:原油冷指温差与温度区间是影响蜡沉积的主要因素,沉积物的析蜡点和含蜡量均随着冷指处蜡分子质量分数梯度的升高而降低。现场实验表明:出站油温的提高能够有效地融化管道的蜡层,而输量的提高对蜡层的冲刷影响很小。     

一种计算结蜡厚度的方法

含蜡原油在管道输送过程中存在着结蜡现象。石蜡在管道壁上沉积,增加了管壁的粗糙度,使管内流动的压降增大,摩阻增大。结蜡会减少管路的有效流通截面,降低了管道输量。这里就石蜡沉积机理分析,导出一种管路结蜡厚度的计算方法。     

漠大线输量下降原因及应对措施

在管道全线配泵方案不变的情况下,漠大原油管道输量异常下降,由2 300 m~3/h逐渐降低至2 100 m~3/h,管道运行效率降低,影响输油任务。通过计算各管段单位摩阻损失,发现摩阻异常增大出现在漠河站与加格达奇泵站之间,对比分析了油品物性、管道沿线油温、地温数据、减阻剂添加效果和站场工艺变更等影响因素,经过现场调研,确定原因为:1为塔河站新投用的轴流式单向阀对减阻剂产生剪切导致减阻剂失效;2该管段存在结蜡。通过采取切换塔河站流程和站间清管两方面措施,管道输量恢复正常状态,降低了漠河首站库存增加的风险。基于上述,针对管道冬季定期清管,以及俄油冬季动火施工引起结蜡和增输改造的相关研究提出了建议。     

含蜡原油蜡沉积影响因素对比试验

为探究不同蜡沉积因素对大庆原油结蜡规律的影响,采用单一变量法,控制不同的结蜡时间、油壁温差、温度区间、剪切速率等影响因素,利用某新型动态蜡沉积试验装置对大庆原油进行蜡沉积对比试验。结果表明:当剪切速率一定时,随着结蜡时间延长,蜡沉积量逐渐增多,蜡沉积速率逐渐降低;当结蜡筒壁温度不变且在析蜡点以下时,随着油温的升高,蜡沉积量逐渐增大;当油壁温差保持不变且温度区间逐渐上升时,蜡沉积量逐渐减小;剪切应力与剪切剥离蜡量并非线性关系,当剪切力达到某一临界值时,蜡沉积层会被油流冲刷下来。研究结果可为未来含蜡原油管道的输送提供借鉴与技术支持。     

含蜡原油热输管道沿程温降计算

根据含蜡原油在三个不同温度区域的比热表达式，从能量平衡关系式出发，推导出了含蜡原油热输管道沿程温度分布的计算公式，并与苏霍夫温降公式进行了比较，认为采用给出的温降计算公式可以得到更为准确的总传热系数，该计算公式应用于管道设计中，可延长热站站间距离，降低出站油温，并可进一步降低管道最低允许输量。     

不同温度下单相含蜡原油的蜡沉积规律

针对石油工业中的蜡沉积问题,利用冷指实验装置研究了单相含蜡原油体系冷却液温度、油流温度和同一温差不同温度区间对蜡沉积规律的影响,得到了单相含蜡原油蜡沉积规律的宏观特性,并利用高温气相色谱（HTGC）装置分析沉积物组分的宏观变化。在相同油温条件下,随着冷却液温度的升高,蜡沉积速率减小而沉积物中高碳数组分比例增大;在相同冷却液温度条件下,随着油温从凝点附近增大至析蜡点以上,蜡沉积量先减小后增加最后再减小,沉积物中高碳数组分比例增大;在同一温差条件下,随着温度区间温度的升高,蜡沉积量的变化有波动但油温在析蜡点附近沉积量达到最大值,沉积物中高碳数组分比例一直增大。针对实际管流,环境温度基本恒定,通过升高入口油温减少沉积的发生,因此,在含蜡原油管输中,入口油温的选取对整个管输过程中蜡沉积的形成以及形成后的清理很重要。根据实验结果,入口油温不是越高越好,应保证入口油温低于析蜡点且整个管输过程中高于凝点5℃左右。（图6,参12）     

塔河凝析油管道结蜡计算

针对塔河油田一号联合站至雅克拉集气处理站凝析油输送管道结蜡严重的问题,探讨了结蜡层厚度的计算方法、模型及其优劣。利用列宾宗公式反算平均蜡层厚度可大致掌握管道的实际结蜡情况;黄启玉模型的参数确定需要大量的实验数据支撑,计算量和误差较大;双曲正切结蜡模型对含蜡油品热输管道的结蜡分布模拟适用于工程计算。运用双曲正切结蜡模型和数值计算方法模拟分析了该管道的结蜡情况,给出了计算步骤和计算结果,证明了整条管道结蜡的不均匀性。根据分析结果,该凝析油输送管道可长期不清蜡,且不会影响其停输再启动操作。     

管道沿线结蜡分布不均匀对蜡层厚度计算的影响

根据原油管道的结蜡规律,分析了蜡层分布不均匀对管道蜡层厚度计算的影响。在管道直径长度相同、沿程摩阻增加相同的条件下,随管道结蜡段长度的减少,有效平均结蜡厚度减小。根据站间压降反算得到的水力学平均蜡层厚度,并不能说明管道的实际结蜡情况。对于压降上升较快的管道,利用压降反算得到的蜡层厚度会夸大管道结蜡的严重程度,而忽视某些区段的潜在隐患。     

某热稠油管道的水力特性分析

与一般热油管道相比,热稠油管道的流动特性主要有两个特点,一是在给定加热温度和管段压降条件下,该管段流量的试算过程可能陷入其特性曲线的不稳定区,该区域内管段的摩阻损失随流量增加而降低;二是稠油在管道中的流动可能位于层流和紊流的过渡区,通常用临界雷诺数2 000作为层流和紊流的分界点,而分别按层流和紊流公式确定的该点的摩阻系数有较大差别,因此对于某些加热温度和管段压降而言,可能不存在合适的流量与之对应。基于对某热稠油管道在不同加热温度、不同总传热系数和不同流量下的水力计算,得出了其一个站间管段的一组管路特性曲线,即摩阻损失和流量之间的关系曲线,以此可以确定其不稳定区的流量区间。认为从保障流动安全的角度出发,管道应该避免在流量不稳定区间工作。     

火三含蜡原油管道初凝现象分析

通过对火三含蜡原油管道初凝现象以及对其处理过程中的运行参数进行分析，认为连续运行的管道，其下游的进站温度应控制在输送介质的凝点＋3℃温度以上；间歇运行的管道，末站进站温度应达到安全停输时间的要求，以保证管道在冬季安全运行。对于含蜡原油管道的初凝现象象，三个过程主导着压力，排量的变化和管道恢复正常的速度，第一是管内空隙的充装过程，第二是使末段部分温原油屈服的过程，第三是冲刷，剥落管壁凝油层，恢复管道正常排量的过程。     

管输剪切作用对加剂原油流动性的影响

在管输过程中，添加降凝剂的原油必然受到泵剪切和管流剪切作用。研究表明，在原油析蜡高峰区的温度范围内，泵剪切和管流剪切都会影响加剂原油的低温流动性。在缓慢降温过程中，管流剪切的影响可以超过泵剪切的影响。