原油含蜡质管道流动性分析研究论文.doc
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原油含蜡质管道流动特性研究摘要 总所周知,我国是一个盛产高含蜡、高凝点原油的国家,要使其能自由流动,加热输送是主要方法之一本文基于流变学、传热学、流体力学等学科的基本理论,对原油管道中含蜡质运行过程进行了分析,由于原油沿管道向前输送中物性参数及流动状态都要变化,因此本文作了含蜡原油在管道中的流动特性的分析,建立了含蜡原油加热输送管道水力、热力计算模型并提出了相应的求解方法通过对输油管道加热站间管段的模拟计算,对其正常运行时沿程温降、摩阻损失的影响因素,以及保持管道安全运行的最小允许输量进行了特定分析 本文还利用了基于C++ Builder可视化编程语言开发了适合工程应用的热油管道水力、热力及最小输量计算软件进行了数值模拟,并得到沿程油温分布、进站油温、沿程摩阻及一定工况下最小允许输量等参数近几年由于我国、辽河等一批老油田产量的不断下降,东北原油外输管道已达不到满输量的运行,因此,随着输量的减少和管道运行温度的降低,两加热站间呈现非牛顿流型和层流状态的管段越来越长当两加热站间温降较大,管原油有流态变化时,油流的流动状态会发生很大变化,由于传统的热力、水力计算方法没有考虑原油物性和流态的变化,会在计算上造成较大的误差。
本文的研究可为含蜡原油管道的运行管理提供科学的依据,对于指导油田的输油生产、管道的安全运行和节能降耗具有重要意义同时准确了解含蜡原油管道的沿程温降规律、摩阻损失及一定工况条件下的允许输量,可为在低输量运行期含蜡原油管道合理安排运行方案,为管道稳定运行提供帮助关键词：含蜡质原油管道运输；流动特性；沿程油阻；允许最小输量第1章 ：绪论 1.1 输油管道的发展概况 1.1.1 国外输油管道发展概况 管道运输的发展与能源工业,特别是石油工业的发展密切相关现代管道运输始于19世纪中叶1865年在美国宾西法尼亚州建成第一条原油管道,直径50mm,长近10km. 20世纪初管道运输才有进一步发展,但真正具有现代规模的长距离输油管道则始于第二次世界大战美国因战争需要,建设了两条当时管径最大、距离最长的输油管道战后随着石油工业的发展,管道建设进入了一个新阶段,各产油国都建设了不少长距离输油管道目前在全球已建成70多万公里的输油管道,主要集中在美国、欧洲、和中东,其他地区的管道运输业则相对落后 <1>美国：美国是世界上最大的石油消费国和主要的生产国之一,石油消费的一半以上依赖进口,由于本国石油资源主要集中在墨西哥湾沿岸和阿拉斯加的北冰洋沿岸地区,为了向陆地区供应石油,美国修建了长达29万多公里的输油管道。
二战以后美国管道建设取得了空前的成就,是世界上输油管道最发达的国家之一美国最著名的输油管道是阿拉斯加原油管道和科洛尼尔成品油管道 阿拉斯加原油管道从美国阿拉斯加州北部的普拉德霍湾起,纵贯阿拉斯加,通往该州南部的瓦尔迪兹港管径1220mm,全长1287km,穿越了3条山脉,300多条大小河流和650km的冻土带,是全世界第一条伸如北极圈的输油管道这条管道的建设完美地解决了永冻土保护,严寒地带管道的保温,河流跨越和翻越高山等多项输油管道设计和建设的难题,震惊了世界 科洛尼尔成品油管道从美国西部圣巴巴拉到休斯敦管径1020mm,全长8413km,有10个供油点和281个出油点是口前世界上最长的成品油管道 <2>欧洲：在欧洲主要发达国家,油气运输己实现管网化自油田发现以后,欧洲陆续新建了一批大管径、高压力管道,管道长度己超过1万公里 前苏联的管道建设在上个世纪发展特别快,在上个世纪60到70年代,前苏联和东欧国家间建设了友谊输油管道,该管道分一、二期工程,一期工程建成于1964年,全长5500km,管径1020mm;二期工程建成于1972年,全长4410km,管径1220mm;一、二期工程合计近10000km,设计年输油能力近1亿吨,是世界上最长的输油管道。
前苏联解体后,由于受多种因素影响,该管道目前的运力和运量都不大 独联体各国的输油管道有80000km,俄罗斯自己现有的石油管网总长50000km,由于国土辽阔,横贯俄罗斯大陆的每条输油管道的干线长度一般均在3500至4000km左右但由于许多输油管道都已经老化或超期服役,目前俄罗斯输油管道系统的运行效率偏低,为了适应本国大规模出口原油的需要,这些管道大都需要进行大修和综合改造 <3>中东地区中东是世界上最大的产油和石油出口区,因此,输油管道密集沙特在1987年建成了东起波斯湾沿岸的阿卜凯克,向西横越阿拉伯半岛后到达红海岸边的延布港的东西输油管道,全长1200km,管径1219mm该管道1988年输油量达到了1.1亿吨,至今年输量仍保持在9000多万吨,是世界上运量最大的石油管道 伊朗的阿瓦土一阿加贾里一加拉维输油管道,尽管全长仅248km,但运量惊人,第一期工程年输量就达到了7500万吨 中东地区比较重要的管道还有从伊拉克北方油田基尔库克到土耳其的地中海港口城市杰伊汉的跨国石油管道 1.1.2 我国输油管道发展概况 我国是最早使用管子输送流体的国家公元前的秦汉时代,己经用打通了竹节的竹子连接起来输送卤水,随后又用于输送天然气。
但是直到解放,全国还没有建成一条长距离输油管道 1958年建成的克拉玛依一独山子输油管道是我国第一条长距离输油管道全长147km,管径150mm 60年代后,随着、辽河等油田的开发,为我国管道工业的发展提供了先决条件,长输管道建设进入了一个新的发展时期自1970年8月起,先后建成了我国输油管道建设史上具有重要意义的一一及一一国最长的两条原油输送管道其中,庆铁线全长513.7km,庆铁复线,全长520.22km,管径均为720mm,两条管线平行敷设,输油能力达4000万吨/年两条管道均自林源至左家沟,途经3省6市4县铁大线全长460km,管补720mm,自左家沟至新港,途经8市4县铁秦线全长452.25km,管径720mm,自的左家沟至油港,途经2省5市,总年输油能力达2000万吨1975年建成了一原油管道,全长344km,管径529mm,输油能力700万吨/年随后又建成了任丘一输油管道,管径529mm,长120km;东营一黄岛原油管道,管径529mm,长250km;任丘一临邑一仪征原油管道,管径529, 720mm,长882km这些管道把我国主要油田与东北、华北地区大型炼油厂及、、黄岛、仪征等主要港口连成一体,形成我国东部地区的输油管网,满足了东部地区原油运输及出口的要求。
1974年,我国输油管道走出国门,修建了中国一朝鲜跨国管道 1976年,建成了目前我国最长的格拉<格尔木一>成品油管道该管道全长1080km,有560km长年处在冻土区,90%地段海拔超过4000m,其中唐古拉泵站海拔高度达5281km,管道跨越昆仑山、唐古拉山等七座大山,越过沱沱河、唐古藏布河、通天河等108条江河 在西部的XX、,建成了克拉玛依一鸟鲁木齐、马岭一惠安堡一中宁等长输管道其中马惠宁线全长269km,途经3省5县,马惠线管径325mm,惠宁线管径为377mm由于输量变化大,经中国石油天然气管道局研究院决定,于1989年实现了热处理和降凝剂综合处理输送工艺,使这条管道成为我国第一条实现全年常温输送的管道 在汉水支流唐河、白河冲积平原,修建了魏岗一输油管道,该管道长226.4km,管径426mm,期间修建了我国目前最长<2287m>的汉江跨越斜拉索管道桥,管桥主跨500m,支撑塔高达70m进入上世纪90年代后,我国的长输管道建设有了新的突破,并又相继建成了一批长距离输油管道,输油管道的敷设长度每年超过400km东北、华北、华东管网逐步完善管道设计和建设朝着更先进、更高水平快速发展。
1.2 含蜡原油管道国外研究现状 1.2.1 含蜡原油流变性研究现状 流变学是一门研究物质变形与流动的科学,是流体力学学科中比较年轻的一个分支 20世纪20年代美国物理化学家E. C.Bingham教授发现了一类所谓Bingham流体<如润滑油、油漆、泥浆等>的流动规律,而且把20世纪以前积累下来的有关流变学的零碎知识进行了系统的归纳,正式命名为流变学
原油流变学就是以原油为研究对象的应用流变学以英国石油公司、壳牌石油公司为代表,西方发达国家及苏联在20世纪50-70年代曾对含蜡原油流变性开展过系统研究,取得了很多优异的理论及应用成果但由于国外含蜡原油的开采量相对较少70年代后国外这方面的研究较少而我国盛产高含蜡原油,从20世纪50-60年代就开展了对含蜡原油流变性的研究迄今为止,在原油流变学研究方面取得了丰硕的成果 罗塘湖纠正了国外将析蜡点作为非牛顿与牛顿流的分界点的错误概念,指出油温在反常点以下油流才转变为非牛顿流并且提出了描绘含蜡原油流动特性的温度参数分别为析蜡点、反常点、显触点<显现触变性的温度>、失流点和凝固点 国忠通过分析管流体受力与沿程摩阻之间的关系,对牛顿流体和假塑性流体,分别给出了稳定流动条件下不同流态时管流有效剪切速率的一般计算公式 鸿英、劲军论述了蜡含量、蜡的性质、蜡的形态和结构对含蜡原油流变性的影响,指出直接影响含蜡原油流变性的关键因素是已结晶析出的蜡量,而不仅仅是油中的蜡含量另外蜡晶的形态和结构对原油的流变性也有着重要的影响 传宪等根据对长庆油田原油的流变实验分析,提出了一种用小振幅振荡剪切条件下的原油参数来描述原油的流变结构。
可确定原油结构随温度变化的某些特征温度敬加强、罗平亚提出了用连续升降温过程平均粘温曲线法代替平衡粘温曲线法测定原油反常点,从而使测量条件更接近实际运行情况1.2.2 原油管道水力及热力计算研究现状 热力计算： 原油加热输送不同于等温输送的特点在于输送过程中存在两方面的能量损失<摩阻损失和散热损失>这两种能量损失的多少又是相互影响的,其中散热损失往往是起决定作用的因素摩阻损失的大小决定于油品的粘度,而粘度的大小则决定于油温的高低 热力计算方面,列宾宗通过对埋地管道原油能量平衡方程的积分首次得到了计算沿程油温的列宾宗公式忽略摩擦生热的影响则得到苏霍人公式列宾宗公式和苏霍人公式是热油管道设计中应用最多的公式 Grame G King提出了一个简单的方程,在形式上与苏霍人公式相似,可用来预测埋地输油管道中原油的平均温度 Wheeler J应用有限元、有限差分理论研究了埋地管道温度情况 Thorntn D E分别对裸管和保温管进行了稳态、稳态热力状况分析,得到了解析解 国忠提出一种将管道按一定温降划分若干管段,通过反算管道长度来计算管道沿线油温的方法。
