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含蜡原油凝点高、流变性复杂,给管道输送的安全性带来了诸多问题。如何保证热含蜡原油管道安全、经济运行,一直是我国油气储运界面临的主要技术问题。凝管是埋地含蜡原油管道安全运行的主要问题,低输量热油管道进入不稳定工作区是造成凝管事故的原因之一。本论文在数值模拟的基础上,对热含蜡原油管道非稳态工作特性进行了研究。
根据东北管线数据报表,对铁大线、铁秦线各站间结蜡层厚度进行了反算,确定了实际蜡沉积速率,用多元回归分析方法建立了大庆原油的蜡沉积速率模型。利用该模型预测了铁岭-沈阳、铁岭-秦皇岛两条输油管线不同季节、不同时间沿线蜡沉积分布。结蜡模型的建立为热油管道工作特性分析以及东北管线的运行管理提供了理论基础。
对含蜡原油进行了温度扫描实验,根据粘性流动活化能的变化情况,通过分析原油在温度扫描条件下的粘温数据,研究了动态降温条件下含蜡原油流动性变化的特征温度。用多元线性回归分析方法得到了空白原油和加剂原油特征温度与剪切过程粘性流动熵产关系的相关式。
运用MATLAB语言编制了热油管道稳态工作特性计算程序。该程序可计算不同敷设环境(穿越水塘、架空)、不同运行条件下(不同出站温度、不同总传热系数、不同地温及不同结蜡层厚度)管内的油流温度、压力分布和管道稳态工作特性临界输量Qc。对铁大线、铁秦线全年临界输量进行了计算,确定了计算温度条件下,不同月份管线的临界输量。
编制了热油管道非稳态水力、热力计算程序。以铁大线为例,研究了出站温度的变化和降雨对热油管道非稳态工作特性的影响,并对在临界输量附近运行的管线进行了模拟。通过分析管线在不同流量区摩阻压降的变化以及非稳态模拟过程中沿线油温及摩阻压降的变化规律,提出了非稳态运行安全输量的概念。针对铁大线,研究了出站温度波动和降雨量引起的非稳态运行安全输量Qs的变化规律。