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含蜡原油管道蜡沉积速率的计算赵露【摘要】@@%影响含蜡原油管壁蜡沉积的因素主要有黏度、管壁剪切应力、蜡分子浓度梯度和管壁处温度梯度等,在分析它们对蜡沉积的影响时,需综合考虑.根据测试结果,由压差法计算蜡沉积；由黏温测试结果,拟合原油黏温曲线；根据蜡沉积的热力学模型,计算管壁蜡分子浓度梯度；由热平衡计算管壁径向温度梯度,将所得数据作为基础数据,对蜡沉积系数进行非线性拟合.管道在起始阶段,蜡沉积速率较小；随油流向前,油温降低,原油中的蜡逐渐结晶析出,蜡沉积速率逐渐增大；油流继续前进,与管壁的温差减小,蜡沉积速率逐渐减小.【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2012(031)010【总页数】2页(P31-32)【关键词】含蜡原油;析蜡点;蜡沉积速率;模型【作者】赵露【作者单位】大庆油田采油五厂【正文语种】中文以东北某输油管道为例计算管道蜡沉积速率，此管道所输原油为高含蜡原油，且自运行以来从未进行过清蜡，管道蜡沉积严重。
了解管道沿线蜡沉积情况，可为确定合理的清管周期做准备。
目前对蜡沉积机理的解释，主要是分子扩散和剪切弥散机理，所提出的蜡沉积速率模型大都是在理论分析的基础上建立起来的，在应用于实际管道的蜡沉积计算时，需对实验结果进行数据拟合，确定模型所需的系数[1]。
Burger等人认为，管壁蜡沉积是分子扩散、剪切弥散的结果，蜡沉积速率计算式为Burger模型忽视了油流对蜡分子的冲刷作用，扩散到管壁的蜡分子可能因油流冲刷而无法沉积在管内壁；且剪切弥散对原油蜡沉积的影响，一直未得到环道试验的验证支持。
Hsu考虑了分子扩散和剪切弥散对蜡沉积的影响，提出的蜡沉积模型为该模型提出了“临界蜡强度”的概念，当试验环道流速、流态与实际管道相同时，即可用于实际管道的蜡沉积计算， fs由实验数据拟合得到。
该模型探索了蜡沉积放大的问题，但是过于牵强[2]。
黄启玉等通过大量试验研究认为，剪切弥散对蜡沉积的影响基本可以忽略，建立了新的蜡沉积模型[3]，并提出了蜡沉积倾向系数的概念，表达式如下式中W 为蜡沉积速率（g/(m2·h)）；μ为原油黏度（Pa·s）；为管壁处蜡晶溶解度系数为管壁处剪切应力向温度梯度（℃/mm）。
1管道总传热系数管道总传热系数K 指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。
当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：1112ln 111ln 22i i n e n wi L L D D D KD D D D ααλλ-+⎡⎤⎛⎫ ⎪⎢⎥⎝⎭=+++⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦∑ （1-1）式中：K ——总传热系数，W/(m 2·℃)；e D ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径）；n D ——管道内直径，m ； w D ——管道最外层直径，m ；1α——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)； 2α——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)； i λ——第i 层相应的导热系数，W/(m·℃)；i D ，1i D +——管道第i 层的内外直径，m ，其中1,2,3...i n =；L D ——结蜡后的管内径，m ；L λ——所结蜡导热系数。
为计算总传热系数K ，需分别计算内部放热系数1α、自管壁至管道最外径的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数2α。
（1）内部放热系数1α的确定放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用1α与放热准数u N 、自然对流准数r G 和流体物理性质准数r P 间的数学关系式来表示。
在层流状态（Re<2000），当500Pr <⋅Gr 时：1 3.65y dNu αλ== （1-2） 在层流状态（Re<2000），当500Pr >⋅Gr 时：0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ⎛⎫==⋅⋅⎪⎝⎭（1-3）在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y yb d λα⎛⎫=⋅⋅ ⎪⎝⎭（1-4）在过渡区(2000<Re<104)25.043.001)Pr Pr (Pr bf f fdK ⋅λα＝ （1-5）式中：u N ——放热准数，无因次；λρυC =Pr ——流体物理性质准数，无因次； ()υβw f t t g d Gr -=3——自然对流准数，无因次；υπρd q vdv4Re ==——雷诺数； )(Re 0f f K =——系数；d ——管道内径，m ；g ——重力加速度，g ＝9.81m/s 2；υ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ；C ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)；v q ——流体体积流量，m 3/s ；ρ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；β——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：td d -+-=2042045965634023101β （1-6）f λ——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数f λ约在0.1～0.16W/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-⨯-= （1-7）15f ρ——l5℃时的原油密度，kg/m 3； f t ——油(液)的平均温度，℃； b t ——管内壁平均温度，℃； 204d ——20℃时原油的相对密度。
用双曲正切模型计算庆－哈输油管道结蜡层厚度于晓洋（东北石油大学，黑龙江大庆163000）摘要：结蜡层厚度在含蜡原油管道的日常运行管理中是个非常重要的参数。
评价管道内部的结蜡情况经常要利用结蜡厚度这个参数。
并且根据结蜡厚度的计算结果进行工况分析或者调整管道的运行参数。
为此，针对大庆油田原油物性参数，采用双曲正切模型计算含蜡原油管道结蜡层厚度，并给出了相应的求解方法。
关键词：含蜡原油；结蜡厚度；双曲正切模型；管道中图分类号：TE832．3+6文献标识码：A文章编号：1006—7981（2016）07—0035—02现在我国90%的原油都是通过埋地管道进行运输的，埋地原油热输管道输送的原油通常会以低于析蜡点的油温进站，从而导致管道内壁有蜡晶析出，即出现结蜡现象［1］。
且结蜡层的厚度分布不均匀。
当结蜡层厚度超过2mm时需要进行投球清管。
结蜡现象有利有弊，不利的方面是结蜡层的出现会导致摩阻增加，降低管道输送能力，尤其是在析蜡高峰阶段，析出的蜡晶较多，很有可能会使管道堵塞，发生凝管事故。
有利的方面是当管道的输量较低时，结蜡层的热阻较大，因此有一定的保温效能。
适当厚度的结蜡层可缓解管道热力条件不足的状况。
因此管道想要安全、经济的运行就必须准确及时地掌握管壁的结蜡厚度［7］。
1櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆双曲正切模型结蜡模型对于站场在役管道内腐蚀问题，需对管道全面检测评价，进行管道完整性分析，以此制定相应解决方案。
更换腐蚀严重的在役管道。
对于能停产进行更换的管道，采取停产更换新管道的办法，并在更换的管道内壁采用“涂层+筒状”阳极防腐形式。
采取外壁补强解决措施。
对于容器进出口汇管、泵房内空间狭小的管道等不能通过短期停产更换的管道，以及短时间内又不能通过新建解决内腐蚀的管道，采用外壁碳纤维补强措施，增加管道强度，减少腐蚀穿孔事故，延长使用寿命，为站场管道安全运行提供可靠保障。
1管道总传热系数管道总传热系数是热油管道设计和运行管理中的重要参数。
在热油管道稳态运行方案的工艺计算中，温降和压降的计算至关重要，而管道总传热系数是影响温降计算的关键因素，同时它也通过温降影响压降的计算结果。
1.1 利用管道周围埋设介质热物性计算K 值管道总传热系数K 指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。
当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：1112ln 111ln 22i i ne n w i L L D D D KD D D D a a l l -+轾骣犏琪桫犏=+++犏犏犏臌å （1-1）式中：K ——总传热系数，W /(m 2·℃)；e D ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径）；n D ——管道内直径，m ；w D ——管道最外层直径，m ；1α——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)；2α——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)；i λ——第i 层相应的导热系数，W/(m·℃)；i D ，1i D +——管道第i 层的内外直径，m ，其中1,2,3...i n =；L D ——结蜡后的管内径，m 。
为计算总传热系数K ，需分别计算内部放热系数1α、自管壁至管道最外径的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数2α。
（1）内部放热系数1α的确定放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用1α与放热准数u N 、自然对流准数r G 和流体物理性质准数r P 间的数学关系式来表示[47]。
在层流状态（Re<2000），当Pr 500Gr <时：1 3.65y d Nu a l== （1-2） 在层流状态（Re<2000），当Pr 500Gr >时： 0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr a l 骣琪==鬃琪桫（1-3） 在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时： 0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y y b d l a 骣琪=鬃琪桫 （1-4）在过渡区(2000<Re<104)（1-5）式中：u N ——放热准数，无因次；——流体物理性质准数，无因次；——自然对流准数，无因次；——雷诺数；0(Re )f K f =——系数；d ——管道内径，m ；g ——重力加速度，g ＝9.81m/s 2；υ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ；C ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)； v q ——流体体积流量，m 3/s ；ρ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；β——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：（1-6）f λ——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数f λ约在0.1～0.16W/(m ·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：（1-7）15f ρ——l5℃时的原油密度，kg/m 3；f t ——油(液)的平均温度，℃；b t ——管内壁平均温度，℃；204d ——20℃时原油的相对密度。
含蜡原油管道停输降温的数值计算李传宪;纪冰;魏国庆【摘要】埋地热含蜡原油管道停输后,当管内原油温度降至析蜡点以下时,原油中的蜡晶将逐渐析出.根据含蜡原油降温过程中黏弹性随温度的变化特点,利用温降过程中储能模量、损耗模量和损耗角的变化与温度的关系提出了划分管道停输温降阶段的方法,即以析蜡点和储能模量与损耗模量相等时(损耗角等于45°)的温度点为临界点,将温降过程划分为三个阶段,并以花格管道为例利用FLUENT软件对原油降温过程进行数学描述和计算求解.另外还选取不同性质的原油对该方法进行验证,得到含蜡原油管道停输温降规律.【期刊名称】《石油化工高等学校学报》【年(卷),期】2019(032)003【总页数】8页(P95-102)【关键词】含蜡原油;管道停输;温降;黏弹性;FLUENT【作者】李传宪;纪冰;魏国庆【作者单位】中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛 266580;山东省油气储运安全省级重点实验室,山东青岛266580;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛 266580;中石化长输油气管道检测有限公司,江苏徐州 221000【正文语种】中文【中图分类】TE832含蜡原油管道普遍存在结蜡问题，在常温下输送此类原油的管道常表现出高能耗、高凝管风险的特点，因此通常釆用加热输送方式来防止发生冻结事故[1-2]。
在生产运行过程中遇到自然灾害、打孔盗油、检查修整等情况，加热输送的管道不可避免地存在停输过程[1,3]。
管道停输后含蜡原油会随温度的降低逐渐产生一个相变的过程，并且由于原油析蜡并不是随时间均匀变化的过程，这导致其在不同温度范围形成不同结构，具有不同的流变性质，对应不同的传热机理。
温度越低，蜡晶结构抵抗弹性和黏性变形的能力越强。
储能模量反映物质弹性大小；损耗模量反映物质黏性大小；损耗角的正切是损耗模量和储能模量的比值，反映物质黏性弹性比例。
储能模量和损耗模量相当时，原油处于胶凝状态，此时损耗角为45°[4-6]。
1管道总传热系数管道总传热系数K 指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。
当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：1112ln 111ln 22i i n e n wi L L D D D KD D D D ααλλ-+⎡⎤⎛⎫ ⎪⎢⎥⎝⎭=+++⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦∑ （1-1）式中：K ——总传热系数，W/(m 2·℃)；e D ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径）；n D ——管道内直径，m ； w D ——管道最外层直径，m ；1α——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)； 2α——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)； i λ——第i 层相应的导热系数，W/(m·℃)；i D ，1i D +——管道第i 层的内外直径，m ，其中1,2,3...i n =；L D ——结蜡后的管内径，m ；L λ——所结蜡导热系数。
为计算总传热系数K ，需分别计算内部放热系数1α、自管壁至管道最外径的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数2α。
（1）内部放热系数1α的确定放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用1α与放热准数u N 、自然对流准数r G 和流体物理性质准数r P 间的数学关系式来表示。
在层流状态（Re<2000），当500Pr <⋅Gr 时：1 3.65y dNu αλ== （1-2） 在层流状态（Re<2000），当500Pr >⋅Gr 时：0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ⎛⎫==⋅⋅⎪⎝⎭（1-3）在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y y b d λα⎛⎫=⋅⋅ ⎪⎝⎭（1-4）在过渡区(2000<Re<104)25.043.001)Pr Pr (Pr bf f fdK ⋅λα＝ （1-5）式中：u N ——放热准数，无因次；λρυC =Pr ——流体物理性质准数，无因次； ()υβw f t t g d Gr -=3——自然对流准数，无因次；υπρd q vdv4Re ==——雷诺数； )(Re 0f f K =——系数；d ——管道内径，m ；g ——重力加速度，g ＝9.81m/s 2； υ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ； C ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)； v q ——流体体积流量，m 3/s ；ρ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；β——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：td d -+-=2042045965634023101β （1-6）f λ——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数f λ约在0.1～0.16W/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-⨯-= （1-7）15f ρ——l5℃时的原油密度，kg/m 3；f t ——油(液)的平均温度，℃；b t ——管内壁平均温度，℃；204d ——20℃时原油的相对密度。
1管道总传热系数管道总传热系数K 指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。
当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：1112ln 111ln 22i i n e n w i L L D D D KD D D D ααλλ-+⎡⎤⎛⎫ ⎪⎢⎥⎝⎭=+++⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦∑ （1-1）式中：K ——总传热系数，W/(m 2·℃)；e D ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径）；n D ——管道内直径，m ； w D ——管道最外层直径，m ；1α——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)； 2α——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)； i λ——第i 层相应的导热系数，W/(m·℃)；i D ，1i D +——管道第i 层的内外直径，m ，其中1,2,3...i n =；L D ——结蜡后的管内径，m ；L λ——所结蜡导热系数。
为计算总传热系数K ，需分别计算内部放热系数1α、自管壁至管道最外径的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数2α。
（1）内部放热系数1α的确定放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用1α与放热准数u N 、自然对流准数r G 和流体物理性质准数r P 间的数学关系式来表示。
在层流状态（Re<2000），当500Pr <⋅Gr 时：1 3.65y dNu αλ== （1-2） 在层流状态（Re<2000），当500Pr >⋅Gr 时：0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ⎛⎫==⋅⋅⎪⎝⎭（1-3）在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y yb d λα⎛⎫=⋅⋅ ⎪⎝⎭（1-4）在过渡区(2000<Re<104)25.043.001)Pr Pr (Pr bf f fdK ⋅λα＝ （1-5）式中：u N ——放热准数，无因次；λρυC =Pr ——流体物理性质准数，无因次； ()υβw f t t g d Gr -=3——自然对流准数，无因次；υπρd q vdv4Re ==——雷诺数； )(Re 0f f K =——系数；d ——管道内径，m ；——重力加速度，g ＝9.81m/s 2；υ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ；C ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)；v q ——流体体积流量，m 3/s ；ρ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：tdd-+-=2042045965634023101β （1-6）f λ——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数f λ约在0.1～0.16W/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-⨯-= （1-7）15f ρ——l5℃时的原油密度，kg/m 3；f t ——油(液)的平均温度，℃； b t ——管内壁平均温度，℃；204d ——20℃时原油的相对密度。
1管道总传热系数管道总传热系数K 指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。
当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：（1-1）1112ln 111ln 22i i n e n wi L L D D D KD D D D ααλλ-+⎡⎤⎛⎫ ⎪⎢⎥⎝⎭=+++⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦∑式中：——总传热系数，W/(m 2·℃)；K ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于e D 无保温埋地管路可取沥青层外径）；——管道内直径，m ；n D ——管道最外层直径，m ；w D ——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)；1α ——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)；2α ——第层相应的导热系数，W/(m·℃)；i λi ，——管道第层的内外直径，m ，其中；i D 1i D +i 1,2,3...i n =——结蜡后的管内径，m ；L D ——所结蜡导热系数。
L λ为计算总传热系数，需分别计算内部放热系数、自管壁至管道最外径K 1α的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数。
2α（1）内部放热系数的确定1α放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用与放热准数、自然1αu N 对流准数和流体物理性质准数间的数学关系式来表示。
r G r P 在层流状态（Re<2000），当时：500Pr <⋅Gr（1-2）1 3.65y dNu αλ==在层流状态（Re<2000），当时：500Pr >⋅Gr（1-3）0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ⎛⎫==⋅⋅⎪⎝⎭在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：（1-4）0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y yb d λα⎛⎫=⋅⋅ ⎪⎝⎭在过渡区(2000<Re<104)（1-5）25.043.001Pr Pr (Prbf ffd K ⋅λα＝式中：——放热准数，无因次；u N ——流体物理性质准数，无因次；λρυC =Pr ——自然对流准数，无因次；()υβw f t t g d Gr -=3——雷诺数；υπρd q vdv4Re ==——系数；)(Re 0f f K =——管道内径，m ；d ——重力加速度，＝9.81m/s 2；g g ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ；υ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)；C ——流体体积流量，m 3/s ；v q ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；ρ——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：β（1-6）tdd-+-=2042045965634023101β——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数约在0.1～0.16f λf λW/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：（1-7）153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-⨯-=——l5℃时的原油密度，kg/m 3；15f ρ——油(液)的平均温度，℃；f t ——管内壁平均温度，℃；b t ——20℃时原油的相对密度。
