輸油管道設(shè)計與管理(2011級第7次課)

上次課總結(jié)復(fù)習(xí)輸油管道的調(diào)節(jié)等溫輸油管道技術(shù)經(jīng)濟(jì)計算及工藝計算的步驟加熱輸送的特點熱油管道的熱力計算基本公式影響因素：總傳熱系數(shù)K，流量摩擦生熱的影響上次課復(fù)習(xí)輸油管道的調(diào)節(jié)Q2Q1QHQHQQ1Q泵運行工況的調(diào)節(jié)管道行工況的調(diào)節(jié)溫降規(guī)律及影響因素4）對溫降影響最大的是總傳熱系數(shù)K和流量G，K值增大，溫降將顯著加快；大流量下沿線的溫度分布要比小流量時平緩得多，流量減少，終點油溫急劇下降。第三章熱油輸送管道的工藝計算

溫降規(guī)律及影響因素1）如何考慮水力坡降？2）加熱站間管路各處溫度梯度是不同的，出口段溫降快，進(jìn)口段溫降慢；3）管道埋深處土壤溫度T0不同，溫降情況也不同。夏季T0高，溫降慢，冬季溫降快；第三章熱油輸送管道的工藝計算摩擦生熱對溫度的影響（P79）

1）

2)Q、粘度越大，b越大；K越小，b越大，說明摩擦生熱的影響越大。

3）分三種情況

溫度參數(shù)的確定（P80）

1）地溫T0

①對架空管道，T0取最低月平均氣溫。對熱油管道來說，地溫T0取最低月平均地溫。②對最高月平均溫度的溫降和熱負(fù)荷進(jìn)行校核。該溫度與管道埋設(shè)深度有關(guān)。從工藝的角度來看，埋設(shè)深度越大，T0越高。③運行時，按實測溫度核算。

第三章熱油輸送管道的工藝計算第三章熱油輸送管道的工藝計算2）加熱站出站溫度

①從熱油管道溫降規(guī)律來看，加熱溫度不宜太高。

②從粘溫特性和其它物理性質(zhì)考慮，原油可達(dá)80～100℃。對重油，可達(dá)到100～120℃左右。如含水，則不應(yīng)超過100℃。為防止氣化，原油的加熱溫度最好不超過其初餾點。③對高含蠟原油，溫度不宜過高，一般不超過70℃；對高粘原油，溫度可高一些，可達(dá)到120℃。④從防腐絕緣層來考慮如采用瀝青絕緣防腐層，油溫高，易老化和流淌，對其它防腐層，也應(yīng)該考慮其高溫性能。⑤溫度應(yīng)力的考慮在確定加熱溫度時，還必需考慮由于運行和安裝溫度的溫差，而使管道遭受的溫度應(yīng)力是否在強(qiáng)度允許范圍內(nèi)。3）加熱站進(jìn)站溫度加熱站進(jìn)站油溫主要取決于經(jīng)濟(jì)比較。對凝點較高的含蠟原油，由于在凝點附近時粘溫曲線很陡，故其經(jīng)濟(jì)進(jìn)站溫度常略高于凝點。習(xí)慣上取高于凝點3～5℃。對高粘原油，無限制，但要考慮對摩阻的影響。第三章熱油輸送管道的工藝計算公式的應(yīng)用求沿線溫度分布已知終點溫度TZ，求起點溫度TR

求允許最小（安全）輸量

(P82)

在允許的最高出站溫度和最低進(jìn)站溫度下保證管道安全運行的最小輸量。第三章熱油輸送管道的工藝計算運行時反算總傳熱系數(shù)確定站間距和加熱站數(shù)計算加熱站熱負(fù)荷和燃料消耗油流過泵溫升蠟結(jié)晶的影響

1）按輸油平均溫度下的比熱容計算。

2）實測含蠟原油比熱容隨溫度變化的數(shù)值。整理成原油比熱容一溫度（c～T）關(guān)系曲線關(guān)系式。管道分段計算溫降時代入相應(yīng)溫度下的c值計算。

3）實測含蠟原油單位溫降的析蠟率及其結(jié)晶潛熱，將它的影響計入原油比熱容的變化。第三章熱油輸送管道的工藝計算流態(tài)的轉(zhuǎn)換

流態(tài)的轉(zhuǎn)變由雷諾數(shù)確定，設(shè)臨界雷諾數(shù)為Rekp，對于高粘高凝原油，Rekp=1000～2000

計算臨界粘度，并由此確定臨界溫度Tkp

。利用溫度計算公式，可以求出發(fā)生流態(tài)變化時的輸送距離。第三章熱油輸送管道的工藝計算3.2.2熱力計算原始資料（P84）(1)原油物性參數(shù)

密度和相對密度

比熱容

液態(tài)原油和成品油的比熱容cy在輸送溫度范圍內(nèi)的變化趨勢相同：比熱容隨溫度的升高而緩慢上升，可按下式確定第三章熱油輸送管道的工藝計算含蠟原油當(dāng)油溫低于析蠟溫度時，由于蠟晶析出放出結(jié)晶潛熱，比熱容中包含了固相的cy及蠟晶潛熱。不同的原油，或同種原油在不同的溫度范圍，變化情況有所不同。

第三章熱油輸送管道的工藝計算圖3-4四種含蠟原油的比熱容—溫度曲線導(dǎo)熱系數(shù)原油和成品油在管輸條件下的導(dǎo)熱系數(shù)約在0.1～0.16W/（m·℃）之間，大致計算可取0.14W/（m·℃）。油品呈半固態(tài)時導(dǎo)熱系數(shù)比液態(tài)時要大，石蠟的平均導(dǎo)熱系數(shù)可取2.5W/（m·℃）。粘度

美國材料協(xié)會推薦方程：

粘溫指數(shù)關(guān)系：第三章熱油輸送管道的工藝計算(2)土壤的熱物性參數(shù)

土壤的導(dǎo)熱系數(shù)土壤的導(dǎo)熱系數(shù)取決于土壤的種類及土壤的孔隙度、溫度、含水量等。其中含水量的影響最大。土壤的導(dǎo)熱系數(shù)是一種統(tǒng)計特性。一般通過實驗資料進(jìn)行統(tǒng)計處理。應(yīng)在不同季節(jié)，在管道沿線每隔一定距離（20km左右），測定土壤導(dǎo)熱系數(shù)。也可以取土樣在實驗室測定或在現(xiàn)場用探針法測量。在設(shè)計管道時應(yīng)根據(jù)線路具體條件確定土壤導(dǎo)熱系數(shù)。第三章熱油輸送管道的工藝計算土壤的導(dǎo)溫系數(shù)

（3）鋼管、保溫層、防腐絕緣層的導(dǎo)熱系數(shù)（4）空氣的密度、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度3.2.3熱油管道的總傳熱系數(shù)（P91）

管道總傳熱系數(shù)K系指油流與周圍介質(zhì)溫差為l℃時，單位時間內(nèi)通過管道單位傳熱表面所傳遞的熱量。它表示油流至周圍介質(zhì)散熱的強(qiáng)弱，在計算熱油管道沿程溫降時，K值是關(guān)鍵參數(shù)。第三章熱油輸送管道的工藝計算第三章熱油輸送管道的工藝計算（1）熱油管道的散熱過程

傳熱學(xué)中常采用每米管長的傳熱系數(shù)KL，它等于單位管長熱阻RL的倒數(shù)，表示油流與周圍介質(zhì)溫差為l℃時，單位時間內(nèi)每米管長所傳遞的熱量。第三章熱油輸送管道的工藝計算無保溫大直徑管道（2）油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)α1

放熱強(qiáng)度決定于油的物理性質(zhì)及流動狀態(tài)?？捎忙?與放熱準(zhǔn)數(shù)Nu、自然對流準(zhǔn)數(shù)Gr和流體物理性質(zhì)準(zhǔn)數(shù)Pr間的數(shù)學(xué)關(guān)系式來表示。1）在層流時，，且時

2）紊流情況下，時第三章熱油輸送管道的工藝計算3）過渡區(qū)

由上述一系列計算式可見，紊流狀態(tài)下的α1要比層流時大得多，通常情況下都大于100W/（m2·℃），二者可能相差數(shù)十倍。因此，紊流時的α1對傳熱系數(shù)的影響很小，可以忽略不計。而層流時α1必須計入。（3）管壁的導(dǎo)熱管壁的導(dǎo)熱包括鋼管（或非金屬管)、防腐絕緣層、保溫層等的導(dǎo)熱。鋼管壁導(dǎo)熱熱阻很小，可以忽略。絕緣層，其熱阻約占埋地管道總熱阻的10%～15%。保溫管道上，保溫層的熱阻是起決定影響的。特別是架空或水下敷設(shè)的管道，保溫層熱阻是最主要的。

第三章熱油輸送管道的工藝計算（4）管外壁至大氣的放熱系數(shù)α2a（5）管外壁至土壤的放熱系數(shù)α2

埋地管道管外壁至土壤的傳熱是管道散熱的主要環(huán)節(jié)。管外壁的放熱系數(shù)是管道散熱強(qiáng)度的主要指標(biāo)。傳熱學(xué)中將埋地管道的穩(wěn)定傳熱過程簡化為半無限大均勻介質(zhì)中連續(xù)作用的線熱源的熱傳導(dǎo)問題。在相關(guān)假設(shè)條件下得計算公式：第三章熱油輸送管道的工藝計算假設(shè)條件與實際不相符；石方段的導(dǎo)熱系數(shù)計算；地表上覆蓋層的影響。（6）埋地管道總傳熱系數(shù)的選用（P99-100）埋地不保溫管道的K值主要取決于管道至土壤的放熱系數(shù)α2，土壤導(dǎo)熱系數(shù)受到多種因素影響，土壤的含水量、溫度場、大氣溫度等的變化都影響到α2的大小，故難以得到準(zhǔn)確的計算結(jié)果。設(shè)計時，我國均采用經(jīng)驗方法確定K值。常采用反算法計算已正常運行的熱油管道的K值，作為同類地區(qū)新設(shè)計管道的參考值。根據(jù)運行中熱油管道較穩(wěn)定工況的運行參數(shù)，帶入溫降公式，計算K值，從大量計算值中總結(jié)出K值的變化范圍，設(shè)計時參照穩(wěn)定的K值適當(dāng)加大，作為新設(shè)計管道的總傳熱系數(shù)。這樣既照顧了投產(chǎn)時對加熱能力較大的需求，又不致使加熱爐熱容量過大。第三章熱油輸送管道的工藝計算3.3熱油管道的水力計算（P100）3.3.1熱油管道水力計算的特點1）熱油管道沿線單位長度上的摩阻損失（水力坡降）不是定值，水力坡降線是一條斜率逐漸增大的曲線。計算熱油管道的摩阻損失時，必須考慮管道沿線的溫降情況及油品的粘溫特性。即先熱力計算，后水力計算。2）水力計算以加熱站間距為一個計算單元，全線摩阻損失為各加熱站間摩阻的總和。第三章熱油輸送管道的工藝計算3.3.2熱油管道摩阻計算方法

（1）理論計算方法(P102-103)

利用溫降公式、粘溫關(guān)系式以及摩阻計算公式得到熱油管道摩阻計算的理論公式。由：得：其中l(wèi)R為加熱站間距，在一個加熱站間積分得：第三章熱油輸送管道的工藝計算第三章熱油輸送管道的工藝計算

hT0：hTR：由則：簡記為：△l為熱油管道軸向溫降的摩阻修正系數(shù)若以不同的粘溫方程來推導(dǎo)摩阻計算公式，可以導(dǎo)出不同的△l計算式。（2）平均溫度計算方法(P101)思路：按管道起終點的平均溫度下的油流粘度，用等溫輸送的方式計算一個加熱站的摩阻。具體步驟如下：1）計算加熱站間油流的平均溫度Tpj；2）由粘溫關(guān)系確定溫度為Tpj時的油流粘度；3）計算一個加熱站間的摩阻hR；理論平均溫度也可加權(quán)取值或第三章熱油輸送管道的工藝計算（3）分段計算法思路：將整個站間管道分為若干段，每段內(nèi)按平均溫度計算法計算其摩阻損失，各段摩阻損失之和即為整個站間管道總的摩阻損失。計算步驟：1）作粘溫曲線2）作站間溫降曲線；3）根據(jù)臨界雷諾數(shù)計算臨界粘度,從而判斷沿線流態(tài)的變化；4）將加熱站間管段分成若干小段，每一小段溫降不超過3～5℃；5）計算平均溫度；第三章熱油輸送管道的工藝計算6）由確定；7）計算第i小段的摩阻hi；8）9）計算總壓頭，若有Nq個加熱站，且各站進(jìn)出站溫度相同，則10）泵站數(shù)第三章熱油輸送管道的工藝計算（4）徑向溫降對摩阻的影響(P103)

油流徑向存在一定的溫度場分布，徑向溫差會引起油流在徑向的對流運動。由于徑向溫降引起的擾動及管壁附近油流粘度的增大，會引起附加的壓頭損失，在層流時影響大。用徑向溫降摩阻修正系數(shù)來修正計算摩阻。在紊流時，徑向溫降對摩阻損失的影響很小，對某些流態(tài)為層流的重油管道，△r約在1.1～1.4之間。第三章熱油輸送管道的工藝計算3.4加熱站和泵站的布置3.4.1加熱站的布置

1）如果每個加熱站的站間沿線K值大致一樣，則各進(jìn)出口溫度也大致相同，則可按等距離布置加熱站，與高差無關(guān)。

2）若沿線K值相差較大，則按實際計算的加熱站間距分別布置熱站。3.4.2泵站的布置

1）按平均溫度法進(jìn)行水力計算時的布站

2）按分段計算法進(jìn)行水力計算時的布站第三章熱油輸送管道的工藝計算1）作兩加熱站間管路水力坡降線；2）起點站，作水力坡降線；3）如果兩泵站間有加熱站，則水力坡降線發(fā)生轉(zhuǎn)折；4）調(diào)整站址，盡可能使相距較近的熱站和泵站合并在一起。熱油管道的泵站及加熱站的布置第三章熱油輸送管道的工藝計算3.4.3各參數(shù)的校核在加熱站和泵站確定以后，應(yīng)該按已定的站址計算各站的操作參數(shù)和各季度的操作參數(shù)。各加熱站進(jìn)出站溫度、熱負(fù)荷、燃料消耗，確定各季度的加熱站數(shù)；各泵站、熱站的進(jìn)出站壓力；最大出站溫度和最低終點溫度下的最小安全輸量；熱力越站時各站的操作參數(shù)；水力越站時各站的操作參數(shù)。第三章熱油輸送管道的工藝計算2）如何作管路特性曲線和工作點從溫降公式可以看出：

不同的流量Q，溫度變化情況不同，管路中油流的平均溫度不一樣，因此粘度不一樣，摩阻也不一樣，因此，在布置泵站時，只能利用近似地作出管路特性曲線來求得工作點。注意事項：

1）如何判斷翻越點

按任務(wù)輸量和平均溫度下的粘度計算水力坡降線，在縱斷面圖上初步判斷翻越點（也可以通過計算），以后再根據(jù)工作點流量進(jìn)行校核；第三章熱油輸送管道的工藝計算3.5熱油管路的特性曲線（P199-120）對等溫管道：對熱油管道：即：Q的變化引起流速和粘度的變化，而且二者的變化趨勢是相反的，其關(guān)鍵是流量變化會引起溫度的變化。3.5.1流量的變化對溫度影響的變化趨勢分析TR保持不變時，流量Q變化TZ的影響。第三章熱油輸送管道的工藝計算1）在小流量范圍內(nèi)，流量增加，TZ的變化不大，流量的增加對溫度增加的影響不大，對粘度產(chǎn)生的影響小；2）當(dāng)流量繼續(xù)增加，TZ的增加很快，平均油溫增加也快，流量的增加，油流的粘度下降很明顯；3）如果流量再繼續(xù)增加進(jìn)入大流量區(qū)，此時TZ的增加變緩，在大流量區(qū)，流量的增加，對粘度產(chǎn)生的影響小。進(jìn)站溫度隨流量的變化關(guān)系曲線第三章熱油輸送管道的工藝計算3.5.2熱油管路的特性曲線小流量區(qū)；中流量區(qū)；大流量區(qū)

熱油管道管路特性曲線進(jìn)站溫度隨流量的變化關(guān)系曲線進(jìn)站溫度隨流量的變化關(guān)系曲線第三章熱油輸送管道的工藝計算分析：III區(qū)是工作區(qū)。I區(qū)是非工作區(qū)。II區(qū)為不穩(wěn)定區(qū)。因為如果在II區(qū)工作，如果某些原因引起流量下降，則摩阻反而增大，從而迫使泵的排量進(jìn)一步減少，直到進(jìn)入I區(qū)，因此操作中應(yīng)該避免工作點出現(xiàn)在II區(qū)。

熱油管道管路特性曲線第三章熱油輸送管道的工藝計算對高含蠟原油，一般不會出現(xiàn)Ⅱ區(qū)，因為對高含蠟原油，熱站進(jìn)站溫度TZ>凝固點，在TZ到TR的溫度變化范圍內(nèi)，粘度的變化比較平穩(wěn)，而且對含蠟原油一般在紊流區(qū)工作，此時。對高粘原油，出現(xiàn)Ⅱ區(qū)的可能性較大，主要是高粘原油的粘溫曲線比較陡，而且高粘原油一般在層流區(qū)工作。綜合分析，出現(xiàn)Ⅱ區(qū)主要是在層流區(qū)，其根本原因是油的粘溫曲線，在某個溫度范圍內(nèi)，溫度的微小變化，會引起粘度的急劇變化，從而使粘度成了影響摩阻的主導(dǎo)因素。第三章熱油輸送管道的工藝計算3.6熱油管道的日常運行管理

3.6.1熱油管道的經(jīng)濟(jì)運行方案（P210）目標(biāo)函數(shù)（P211）

當(dāng)輸送任務(wù)一定時，可用能耗費S作為衡量方案經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)，其中包括泵機(jī)組的動力費SP和加熱站的燃料費SR。第三章熱油輸送管道的工藝計算約束條件

包括：能量平衡約束；進(jìn)出站壓力約束；進(jìn)出站溫度約束。求解方法混合離散變量優(yōu)化方法。第三章熱油輸送管道的工藝計算3.6.2熱油管道的啟動與停輸（P213）啟動

熱油管道的啟動的熱力、水力工況屬于不穩(wěn)定工況。土壤穩(wěn)定溫度場的建立需要很長的時間。啟動分為冷啟動和熱啟動，大多數(shù)情況下都要預(yù)熱，一般采用熱水或輕質(zhì)油。需要確定熱油管道的啟動時間，或者說管道的預(yù)熱時間。預(yù)熱時間采用理論或者經(jīng)驗公式：第三章熱油輸送管道的工藝計算停輸

為防止熱油管道在停輸時發(fā)生“凍結(jié)”，就必須知道熱油管道的安全停輸時間。在此時間內(nèi)，對高凝原油，在停輸?shù)墓艿乐胁话l(fā)生凝結(jié)；對高粘原油，其粘度不致會增加到壓力損失超過泵站的最大允許壓力。再啟動

a、頂擠：用低粘油品頂擠冷油

b、管中心為液相的再啟動

c、膠凝原油管道的再啟動第三章熱油輸送管道的工藝計算秦京線寶坻—大興站出站溫度TR與K值的關(guān)系3.7影響熱油管道能耗的主要因素

（1）出站溫度變化對熱能消耗的影響提高加熱站出站溫度會使管道散熱量增加，而且會使管道的總傳熱系數(shù)增大。因此過多的提高出站溫度對進(jìn)站油溫的影響不大，在保證安全生產(chǎn)的前提下,根據(jù)所輸原油的有關(guān)物理性質(zhì)、凝點及粘溫特性選擇終點油溫略高于原油凝固點進(jìn)行輸送是一項十分有效的節(jié)能措施。出站溫度（℃）輸量（t/h）地溫（℃）傳熱系數(shù)(w/m2.k)44.84537.6119.251.653746.90539.9619.101.895442.43703.6316.981.895344.60714.3516.752.2134第三章熱油輸送管道的工藝計算（2）輸油量變化對熱能消耗的影響規(guī)定進(jìn)站油溫為一定值,假設(shè)其他參數(shù)不變,如果輸油量增加,出站油溫變小,管路的熱損失就減少了,加熱爐的燃料消耗量也會下降。第三章熱油輸送管道的工藝計算（3）管線總傳熱系數(shù)與結(jié)蠟厚度的變化對熱能消耗的影響隨著凝油層和結(jié)蠟層厚度的增加,管壁的熱阻變大,Ｋ值將會降低,管路的熱損失就會減少,相應(yīng)的管輸能耗就會下降。但當(dāng)蠟層厚度超過一定值時,管道總的綜合能耗反而呈上升趨勢,因此要根據(jù)管道的實際輸量和不同的季節(jié)進(jìn)行清蠟,使管道保持合理的蠟層厚度,這樣可以有效地降低管道能耗。第三章熱油輸送管道的工藝計算（4）季節(jié)變化熱能消耗的影響

隨著季節(jié)的變化,管道埋深處的自然地溫將發(fā)生變化,使管線的總傳熱系數(shù)也發(fā)生變化,最終導(dǎo)致管輸能耗發(fā)生變化。在Ｋ值下降的月份里,管道的散熱損失減少,管輸能耗下降,當(dāng)Ｋ值上升時,情況正好相反。因此,在摸清管線的總傳熱系數(shù)隨時間變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,根據(jù)不同的季節(jié)合理地調(diào)整加熱爐的運行臺數(shù)和負(fù)荷,在保證安全輸油的前提下,力爭使管線的熱力能耗降到最低。第三章熱油輸送管道的工藝計算（5）電能消耗的影響因素和采取的措施輸油電耗在總的能量消耗中占有相當(dāng)大的比例,以東黃輸油管道為例,其輸油耗電費用占輸油成本的4%左右,因此,節(jié)約電費開支是提高輸油企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。對于在役管線,由于輸量逐年遞減,使得輸油泵“大馬拉小車”的現(xiàn)象日趨明顯,管線節(jié)流損失嚴(yán)重,能源浪費較大。要針對影響輸油電能消耗的主要因素制定輸油泵機(jī)組的運行方案和用電系統(tǒng)的節(jié)電管理措施。

輸油泵的耗電量與運行壓力(出站壓力)成正比。因此,在生產(chǎn)運行中以出站壓力作為控制參數(shù)時,應(yīng)根據(jù)出站壓力的變化,選擇不同型號的泵,做到大中小合理搭配。第三章熱油輸送管道的工藝計算

輸油泵所消耗的功率與流量成正比。因此,要根據(jù)月、季下達(dá)的輸油排量計劃制訂出正常排量、大排量及低排量輸送工況下泵的優(yōu)化運行方案,使輸量與輸油泵的額定輸量盡可能一致,減少節(jié)流損失。

輸油泵所消耗的功率與泵效成反比。由于輸油泵在長期的運行過程中工作效率會逐漸降低,致使電能消耗增大,因此,應(yīng)從提高泵效入手來降低電耗。提高泵效一般從兩方面進(jìn)行,一方面是對泵機(jī)組本身進(jìn)行技術(shù)改造,可采用車削葉輪、拆級、加裝調(diào)速裝置或調(diào)速電機(jī)等方法,另一方面是加強(qiáng)機(jī)組的檢修,提高檢修質(zhì)量和設(shè)備完好率,注意杜絕跑、冒、滴、漏現(xiàn)象的發(fā)生,采取這些措施會收到明顯的節(jié)電效果。第三章熱油輸送管道的工藝計算輸油管道設(shè)計與管理第四章易凝高粘原油的輸送工藝第一部分概述

我國原油按其流動性質(zhì)可以分為三類。一類為輕質(zhì)低粘原油。第二類為含蠟較多的易凝原油，常稱“含蠟原油”；第三類是膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量大的高粘度原油，通常稱為稠油。后兩類原油又統(tǒng)稱為易凝高粘原油，其流動性較差，對其管道輸送，需采取措施改善其流動性。以前大多采用加熱輸送，雖然行之有效，但存在著燃料消耗大、占用的設(shè)備及人力多、事故停輸后有凝結(jié)危險等缺點。近年來我國各油田在探索易凝、高粘原油的不加熱輸送及降低輸送溫度方面，均已有顯著進(jìn)展。易凝、高粘原油的不加熱輸送也稱為常溫輸送，包括：稀釋、熱處理、與表面活性物質(zhì)水溶液混輸、加降凝劑、減阻劑、熱分解等方法。第四章易凝高粘原油的輸送工藝4.1含蠟原油的流變特性流變特性：在溫度一定且沒有湍動的情況下，對流體施加的剪切應(yīng)力和其產(chǎn)生的垂直于剪切面的剪切應(yīng)變（剪切速率、速度梯度）之間的關(guān)系，也就是流體的變形和阻力之間的相互關(guān)系，根據(jù)流體的流變特性可將流體進(jìn)行分類。第四章易凝高粘原油的輸送工藝牛頓流體假塑性流體脹流性流體屈服假塑性流體賓漢姆流體第四章易凝高粘原油的輸送工藝牛頓內(nèi)摩擦定律：4.1.1含蠟原油的相態(tài)變化（P128）在不同的溫度下，原油中所含的蠟處于不同的形態(tài)，使原油表現(xiàn)出不同的流變特性。隨著溫度的降低，蠟晶不斷析出，含蠟原油的相變過程大致可分為三個階段。

高溫階段：單一相或兩相（液烴是連續(xù)相），牛頓流體。粘度只隨溫度變化；

溫度降低：兩相（液烴是連續(xù)相），粘度是溫度、剪切速率的函數(shù)，表現(xiàn)出非牛頓性質(zhì)，具有剪切稀釋性；

溫度進(jìn)一步降低：兩相（蠟晶是連續(xù)相），具有較強(qiáng)的觸變性。第四章易凝高粘原油的輸送工藝4.1.2含蠟原油的流變特性含蠟原油不同溫度區(qū)間的流變特性變化析蠟點反常點第四章易凝高粘原油的輸送工藝4.1.3評價含蠟原油流變性的主要指標(biāo)（P142）

粘度（表觀粘度）

剪切應(yīng)力與剪切速率之比。直接影響油流摩阻的大小。

凝點（傾點）規(guī)定的條件下測得的油樣“不流動”的最高溫度或“能流動”的最低溫度，達(dá)到凝點時蠟晶在系統(tǒng)中成為連續(xù)相。

靜屈服值（屈服應(yīng)力）

含蠟原油在靜態(tài)時的屈服強(qiáng)度。與管道停輸后再啟動壓力直接相關(guān)。第四章易凝高粘原油的輸送工藝4.1.4含蠟原油管道內(nèi)流態(tài)、流型變化及摩阻計算（P159）

根據(jù)輸送溫度的變化和原油的流變特性，含蠟原油在管道內(nèi)的流動過程中可能有流型的改變，也可能有流態(tài)的改變。根據(jù)臨界雷諾數(shù)確定臨界粘度和臨界溫度Tft，通過判斷臨界溫度與反常點Ta的關(guān)系來判斷流型和流態(tài)的變化。

Tft>Ta

Tft<Ta牛頓流體紊流非牛頓流體紊流非牛頓流體層流TftTa牛頓流體紊流牛頓流體層流非牛頓流體層流TftTa第四章易凝高粘原油的輸送工藝4.2含蠟原油的加降凝劑輸送（P159）

降凝劑又稱蠟晶改良（抑制）劑或流動改進(jìn)劑，它可以降低含蠟原油凝點同時改善其低溫流動性。它是一種高分子有機(jī)化合物或聚合物。4.2.1作用機(jī)理(P160)

一般認(rèn)為，降凝劑改變了蠟晶形態(tài)，推遲了原油膠凝過程。降凝劑分子粘附在析出的蠟晶邊緣，減少了蠟晶之間的親合力，抑制了蠟晶相互交聯(lián)。作用機(jī)理大致三種：晶核作用吸附作用共晶作用第四章易凝高粘原油的輸送工藝共晶與吸附理論是目前較公認(rèn)的機(jī)理，因降凝劑一般具有長烷烴主鏈和極性側(cè)鏈。若長鏈烴與原油中蠟分布最集中的鏈長相近，具有相同的結(jié)晶溫度范圍時，原油冷卻時降凝劑與蠟同時共晶析出，或吸附在蠟晶表面。新生成的蠟晶不斷被降凝劑包圍，形成樹枝狀結(jié)晶，不易形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而降低了原油凝點，改善了低溫流動性。第四章易凝高粘原油的輸送工藝4.2.2影響降凝劑效果的主要因素（P163）（1）原油與降凝劑的配伍規(guī)律由于原油的蠟分布、膠質(zhì)-瀝青質(zhì)含量、分子結(jié)構(gòu)等各不相同，降凝劑也有不同種類，它們之間有很強(qiáng)的選擇性。需要對不同原油分別篩選其適宜的降凝劑。當(dāng)降凝劑的溶化或結(jié)晶溫度范圍及分子結(jié)構(gòu)與原油中蠟晶析出溫度范圍相近時，效果較明顯。原油中不同種類的膠質(zhì)對降凝劑作用的影響不同。膠質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及膠質(zhì)極性基團(tuán)的性質(zhì)對降凝劑作用有很大的影響。膠質(zhì)的影響與其濃度有關(guān)。第四章易凝高粘原油的輸送工藝（2）加劑濃度的影響(P164)

最佳的加劑濃度與原油組成及降凝劑種類有關(guān)。（3）加劑處理溫度及冷卻速度的影響適當(dāng)?shù)募觿┨幚頊囟瓤墒菇的齽┏浞址稚⒃谠椭校瑫r充分發(fā)揮膠質(zhì)、瀝青質(zhì)在石蠟結(jié)晶過程中改善低溫流動性的作用，達(dá)到最佳處理效果。原油加熱溫度過低，加劑效果會明顯惡化。不同原油的組成、蠟分布各異，最佳的加劑處理溫度也不同。試驗表明它一般低于最佳熱處理溫度。析蠟點溫度以上，冷卻速率對加劑效果沒有影響。析蠟點以下，過快或過慢的冷卻會降低加劑效果。第四章易凝高粘原油的輸送工藝（4）剪切作用的影響不同溫度范圍的剪切

在析蠟溫度以上，剪切對降凝劑效果無明顯影響。在析蠟溫度范圍，甚至在析蠟高峰區(qū)，管流低速剪切或?qū)嶒炇覂?nèi)低速攪拌等對處理效果影響較小。對新疆三大盆地混合原油（凝點10～15℃，降溫至20～25℃進(jìn)入析蠟高峰區(qū)）的試驗中，由40℃降溫至2℃，冷卻過程中剪切速率在0～121.58s-1范圍內(nèi)，加劑原油的流變性變化不大。當(dāng)剪速更大時，原油表觀粘度較明顯上升。經(jīng)過離心泵剪切或粘度計內(nèi)高速剪切后，凝點和表現(xiàn)粘度都大幅度上升。第四章易凝高粘原油的輸送工藝高速剪切的影響油溫低于析蠟點，高速剪切會惡化降凝劑效果。特別是析蠟高峰區(qū)，油溫越低、高速剪切的剪速越高、時間越長，降凝劑效果越差。

剪切作用影響大小與原油組成及降凝劑種類有關(guān)，也與剪切強(qiáng)度、剪切時間、剪切溫度等有關(guān)。當(dāng)原油含蠟量高、蠟?zāi)z比高，有明顯的析蠟高峰區(qū)時，剪切的影響就大。存在一個剪切敏感區(qū)域，對應(yīng)于開始進(jìn)入析蠟高峰區(qū)至析蠟最高峰的溫度區(qū)間，否則剪切的影響就較小。如新疆吐哈原油含蠟量較高，析蠟過程集中，有明顯的析蠟高峰，加劑后耐剪切性較差。第四章易凝高粘原油的輸送工藝4.3熱處理輸送工藝（P176）

定義：含蠟原油的熱處理，是將原油加熱到一定溫度，使原油中的石蠟、膠質(zhì)—瀝青質(zhì)溶解，分散在原油中。再以一定的溫降速率和方式（動冷或靜冷）冷卻，以改變析出的蠟晶形態(tài)和強(qiáng)度，改善原油的低溫流動性。利用原油熱處理實現(xiàn)含蠟原油的常溫輸送或延長輸送距離，稱為熱處理輸送。第四章易凝高粘原油的輸送工藝4.3.1含蠟原油的熱處理效果

第四章易凝高粘原油的輸送工藝（1）含蠟原油的熱處理效果每種原油都有一個最優(yōu)的熱處理溫度和一個最差的熱處理溫度。各種原油最優(yōu)與最差熱處理對比中，蠟?zāi)z比大的原油，其凝點下降幅度較小。不同熱處理溫度對靜屈服值的影響最大，最優(yōu)處理時靜屈服值多下降90％以上。最優(yōu)熱處理時反常點下降，使原油在較低溫度范圍仍為牛頓流型，原油顯現(xiàn)觸變性的溫度也降低了。熱處理只改善低溫流動性，在析蠟點以上溫度范圍內(nèi)，對粘溫特性影響不大。第四章易凝高粘原油的輸送工藝第四章易凝高粘原油的輸送工藝（2）熱處理效果的復(fù)現(xiàn)性和恢復(fù)性

熱處理效果的復(fù)現(xiàn)性和恢復(fù)性是熱處理輸送方法能否用于輸油生產(chǎn)的重要依據(jù)，從我國各主要油田原油的熱處理試驗看來，在最優(yōu)熱處理溫度下，不同時期多次試驗的結(jié)果相近，試驗的復(fù)現(xiàn)性是好的。但大多數(shù)原油呈現(xiàn)出較強(qiáng)的恢復(fù)性，原油在經(jīng)最優(yōu)熱處理溫度加熱后冷卻，恒溫靜置一段時間后各流變參數(shù)恢復(fù)至未處理情況。原油熱處理效果的穩(wěn)定性對管輸應(yīng)用十分重要。若某種原油熱處理后雖然低溫流動性大幅度改善，但很快即變差或失效，就難以實際應(yīng)用。第四章易凝高粘原油的輸送工藝4.3.2影響熱處理效果的因素（1）原油的組成

不同的含蠟原油，其熱處理效果不同，根本原因是原油的組成各異。國內(nèi)外試驗研究表明，在一定蠟?zāi)z比范圍內(nèi)可獲得較好的熱處理效果。在原油溫降析蠟過程中，適量的膠質(zhì)—瀝青質(zhì)被吸附在蠟晶表面，可以阻礙蠟晶的聚集，推遲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成或形成強(qiáng)度較低的樹枝狀結(jié)構(gòu)。若膠質(zhì)瀝青質(zhì)過少，不足以完成上述的吸附分隔作用；若其含量過多，而可能改變形態(tài)的蠟晶量相對較少，均使熱處理效果較差。有的資料提出較適宜的蠟?zāi)z比為0.5～1.70。我國東部地區(qū)含蠟原油的蠟?zāi)z比大多在此范圍內(nèi)。石蠟結(jié)晶形態(tài)變化是熱處理作用的關(guān)鍵。第四章易凝高粘原油的輸送工藝（2）熱處理溫度各種外界條件的作用是相互聯(lián)系的，但其中起主要作用的是加熱溫度。從表中可以看出，多數(shù)原油的最差熱處理溫度均在50℃左右，對這一現(xiàn)象的解釋是：當(dāng)加熱至50℃左右時，溶解了部分蠟晶，其所游離出來的膠質(zhì)瀝青質(zhì)被吸附在未溶解的蠟晶表面，在以后的冷卻過程中重新析出的蠟晶，就沒有膠質(zhì)瀝青質(zhì)吸附上去了，因而形成了致密、堅固的結(jié)構(gòu)。每種原油的最佳熱處理溫度不同。在此溫度下，原油中石蠟大部分溶解，膠質(zhì)瀝青質(zhì)全部分散在液相中，使冷卻過程中石蠟重結(jié)晶能形成最弱的結(jié)構(gòu)。由于各種原油的蠟分布不同、熔點不同，故最佳熱處理溫度也不同。第四章易凝高粘原油的輸送工藝（3）冷卻速度在降溫析蠟重結(jié)晶過程中，原油中的蠟晶形態(tài)受新的晶核的生成速度和已有蠟晶的長大速度兩方面的影響，當(dāng)冷卻速度很快時，新的晶核的生成速度遠(yuǎn)比已有的蠟晶的長大速度快，因而形成大量細(xì)小的結(jié)晶體系，其表面能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均較大。當(dāng)冷卻速度控制在某一范圍，使蠟晶長大的速度大于晶核的生成速度時，就可能形成強(qiáng)度較小的大而松散蠟晶結(jié)構(gòu)。因此，在析蠟溫度區(qū)間，尤其在析蠟高峰區(qū)，應(yīng)當(dāng)避免過快或很慢的冷卻。第四章易凝高粘原油的輸送工藝（4）剪切的影響冷卻過程中剪切的影響是和受剪切的蠟晶形態(tài)密切相關(guān)的，故在不同的溫度范圍和冷卻速度下，剪切的影響不同。在析蠟高峰區(qū)，高速強(qiáng)烈剪切會使原油流變性惡化。輸油管道上過泵剪切或流過節(jié)流閥時均屬于這種剪切條件。這是因為此時液態(tài)原油中蠟大量析出，強(qiáng)烈剪切下生成大量細(xì)小蠟晶的緣故。但油溫接近