【摘 要】
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蜡沉积是含蜡原油管道面临的重要问题,添加降凝剂改性是含蜡原油管输常用的技术。但目前加剂油蜡沉积特性研究还不充分。为此,结合流变测试明确了纳米降凝剂对含蜡原油流变性的影响,然后利用本课题组自主开发的Taylor-Couette冷指设备开展沉积实验。在此基础之上,结合传热传质分析明确了沉积条件对加剂原油蜡沉积特性的影响。主要成果如下:首先明确了纳米降凝剂(NPPD-ICCAS#1)对原油流变性的影响。
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蜡沉积是含蜡原油管道面临的重要问题,添加降凝剂改性是含蜡原油管输常用的技术。但目前加剂油蜡沉积特性研究还不充分。为此,结合流变测试明确了纳米降凝剂对含蜡原油流变性的影响,然后利用本课题组自主开发的Taylor-Couette冷指设备开展沉积实验。在此基础之上,结合传热传质分析明确了沉积条件对加剂原油蜡沉积特性的影响。主要成果如下:首先明确了纳米降凝剂(NPPD-ICCAS#1)对原油流变性的影响。纳米降凝剂对本研究所用原油的析蜡特性和蜡晶的形态、尺寸影响不大,但有效改善了原油流变性。加剂后,原油析蜡点降幅仅为1.5℃,在蜡沉积实验温度范围内,原油析蜡量变化率低于0.3%;胶凝温度降幅达7.5℃,降黏率达72%;蜡晶平均面积、直径略微变大。然后,结合传热分析发现,降凝剂通过改善原油流变性,间接影响传热传质而改变蜡沉积特性。降凝剂降低了原油胶凝温度、削弱了初始胶凝结构,从而减小沉积层厚度。传热计算结果显示,同一沉积时间下沉积物的含蜡量、沉积物表面温度均与沉积层厚度均具有较强相关性。这表明,降凝剂改性降低了沉积层厚度、减小了导热的热阻、降低了沉积层表面温度,进而使油流体相与沉积层表面的温度梯度增大。这促进了沉积物老化。这具体表现为,原油在添加降凝剂后,沉积物的含蜡量升高且具有更大的增长速率、高碳数组分比例增大而低碳数组分比例减小,沉积物老化的临界碳数从C24上升至C25。其次,通过不同沉积条件下原油的蜡沉积特性明确了降凝剂改性原油的蜡沉积规律。。相较于空白原油,加剂原油沉积物结构更弱而易被油流剪切带走,其沉积物的厚度、热阻增长更加缓慢。相较于空白原油的蜡沉积过程,加剂原油的蜡沉积过程具有更大的平均温度梯度,有效扩散增强,沉积层老化作用增强。因此,加剂原油沉积物的含蜡量、碳数分布、老化的临界碳数受沉积条件的影响更为明显。实验发现,冷壁温度仅使空白原油沉积物老化的临界碳数从C24升高至C25,但可使加剂原油沉积物老化的临界碳数从C25升高至C28,同时沉积物含蜡量增幅最高达8个百分点。油流温度/油流剪切均不改变空白原油沉积物老化的临界碳数(维持在C24),但可使加剂原油沉积物老化的临界碳数从C24升高至C25。最后,理论计算发现,基于Fick第一扩散定律所计算沉积物中蜡质量的理论值均低于实验值。这说明仅考虑基于传热传质的分子扩散机理不足以全面解释蜡沉积。而综合考虑传热传质和原油流变性对蜡沉积的影响是有必要的。
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