管输原油热质耦合的蜡分子扩散与沉积机理研究

发布时间：2017-10-23 09:52

  本文关键词：管输原油热质耦合的蜡分子扩散与沉积机理研究

  更多相关文章： 非平衡态热力学 含蜡原油 结晶学 热质耦合 蜡沉积速率

【摘要】：我国开采的大多为高粘易凝的含蜡原油,含蜡原油是一种复杂的混合物系,成分主要为芳香烃、石蜡、沥青胶质以及轻烃等。在管道输送过程中,随着温度下降易发生蜡沉积现象,会导致管道以及站场设备有效流通截面积变小,输量降低,清管频率增加,严重时甚至会完全堵塞管道引发停输再启动事故。本文在总结前人实验及理论成果的基础上,将含蜡原油管输过程蜡沉积视为不可逆过程,应用非平衡态热力学、传热传质学,通过管输过程基本场平衡方程推导了熵产率方程;在熵产率方程的基础上,利用居里定律、昂萨格倒易定律和线性定律,选择蜡沉积过程的热力学“力”和热力学“流”,推导蜡分子扩散的线性唯象方程组;依据质量和能量守恒定律,建立管输过程传热-传质微分方程组,并利用Henry变换等方法对方程进行求解,得到蜡分子扩散速率;结合结晶学、物理化学、界面化学等学科对蜡沉积物理化学过程进行研究,分析附着过程蜡晶的受力,引入附着概率方程,建立了蜡沉积速率数学模型。以大庆某管道为例,计算了蜡分子扩散系数、蜡沉积速率及净蜡沉积速率。应用室内环道实验对所取油样进行蜡沉积速率测试,将环道实验的实验结果与耦合计算结果进行比对,分析热质耦合机理的正确性及适配性,为深入研究含蜡原油管输过程蜡沉积问题提供理论基础。
【关键词】：非平衡态热力学 含蜡原油 结晶学 热质耦合 蜡沉积速率
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE832
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 管输蜡沉积机理9-11
• 1.2.2 管输蜡沉积量的测量11-13
• 1.2.3 管输蜡沉积模型13-14
• 1.3 本文研究内容14-16
• 第二章 管输含蜡原油蜡沉积过程描述16-23
• 2.1 原油中的蜡及其性质16
• 2.2 石蜡结晶16-18
• 2.2.1 晶核的形成和生长16-18
• 2.2.2 蜡晶颗粒的连接18
• 2.3 管壁结蜡的形成过程18-20
• 2.3.1 诱导时期18
• 2.3.2 传递18
• 2.3.3 蜡晶附着18-19
• 2.3.4 油流冲刷19-20
• 2.3.5 老化20
• 2.4 蜡沉积影响因素20-23
• 2.4.1 温度20
• 2.4.2 原油组成20-21
• 2.4.3 壁表面化学性质的影响21
• 2.4.4 流速21-23
• 第三章 原油管输过程热-质耦合的蜡分子扩散模型23-39
• 3.1 管输过程系统熵产率分析23-25
• 3.1.1 基本场平衡方程23-24
• 3.1.2 熵产率方程24-25
• 3.2 含蜡原油管输过程唯象分析25-29
• 3.2.1 唯象方程组25-27
• 3.2.2 唯象系数27-29
• 3.3 热质耦合的蜡分子扩散模型29-39
• 3.3.1 传热——传质微分方程组29-31
• 3.3.2 方程组求解31-33
• 3.3.3 热质耦合的蜡分子扩散规律33-39
• 第四章 基于热—质耦合机理的蜡沉积模型39-47
• 4.1 附着过程39-43
• 4.1.1 蜡晶的附着过程39-40
• 4.1.2 管壁的微观表面40
• 4.1.3 颗粒的受力分析40-42
• 4.1.4 附着概率42-43
• 4.2 附着概率影响因素分析43-44
• 4.2.1 附着概率与流量的关系43
• 4.2.2 附着概率与管壁温度的关系43-44
• 4.3 蜡晶冲刷速率44-47
• 4.3.1 冲刷速率模型44-45
• 4.3.2 相关参数的确定45-47
• 第五章 应用实例分析47-62
• 5.1 蜡分子扩散速率计算47-52
• 5.1.1 蜡分子扩散系数计算47-49
• 5.1.2 不同输量下蜡分子扩散速率计算49-50
• 5.1.3 不同环境温度下蜡分子扩散速率计算50-52
• 5.2 蜡沉积速率计算52-57
• 5.2.1 不同输量下蜡沉积速率计算52-53
• 5.2.2 不同环境温度下蜡沉积速率53-55
• 5.2.3 蜡净沉积速率计算55-57
• 5.3 室内试验结果对比分析57-62
• 5.3.1 实验装置57-58
• 5.3.2 实验结果58-59
• 5.3.3 实验数据与模型计算对比59-62
• 结论62-63
• 参考文献63-67
• 作者简介、发表文章及研究成果目录67-68
• 致谢68-69

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