CN205157474U - 管输条件下蜡沉积定量化实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种管输条件下蜡沉积定量化实验装置，其包括：储油罐，其外侧套设有水套夹层，水套夹层与第一控温器相连；蜡沉积主体，其具有上槽体和下槽体，上槽体具有上水流腔，上水流腔与第二控温器相连，下槽体为上端开口的槽体，上槽体密封连接在下槽体的开口处，下槽体内设有隔板，隔板上方的下槽体为实验腔，隔板下方的下槽体为下水流腔，下水流腔与第三控温器相连，实验腔的入口端和实验腔的出口端分别与储油罐相连通；泵，其连接在实验腔的入口端与储油罐之间。本实用新型能测定在模拟管输条件下的原油及油水混合物的蜡沉积规律，对于管道安全、经济运行具有重要的意义。

Description

管输条件下蜡沉积定量化实验装置

技术领域

本实用新型有关于一种实验装置，尤其有关于一种研究石油管输条件下蜡沉积的管输条件下蜡沉积定量化实验装置。

背景技术

含蜡原油是一种复杂的混合体系，它主要由蜡、胶质、芳香烃、沥青和轻烃组分组成。当温度较高时，原油中的蜡组分处于溶解状态，原油呈现牛顿流体流变性质，随着温度的降低，蜡组分逐渐结晶并析出，原油粘度随之增大，并且具有非牛顿流体的特性。当蜡晶析出的量达到2％～3％时，便可形成三维网状结构，将液态的原油包裹在其中，阻碍其流动，导致原油整体失去流动性。

在较低环境温度下管输含蜡原油时，原油中的蜡会沉积在低温的管壁上形成沉积物。大部分的原油中都溶解有一定的蜡，这些蜡都处在平衡状态不会析出。但是当压力和温度条件改变的时候，蜡就很有可能析出，并沉积在管壁上。温度是影响蜡沉积最重要的因素，高分子石蜡的溶解度随着温度的降低而降低，最终导致析出。以上的蜡沉积过程给管道输送含蜡原油带来了一系列问题：管路的有效内径减少，输送压力增大，管道输送能力降低，清管频率增加，甚至造成蜡堵事故。而且管输含蜡原油在较低出站油温和低输量运行情况下，容易出现流型和流态的变化，这会影响管道的压降，增加管道的运行成本。所以说蜡沉积问题是影响管道安全、经济、高效运行的一个重要问题。因此，开展蜡沉积的研究对节约管道运行费用，确保管道安全输送有着显著的现实意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种管输条件下蜡沉积定量化实验装置，其能测定在模拟管输条件下的原油及油水混合物的蜡沉积规律，对于管道安全、经济运行具有重要的意义。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本实用新型提供一种管输条件下蜡沉积定量化实验装置，所述管输条件下蜡沉积定量化实验装置包括：

储油罐，其外侧套设有水套夹层，所述水套夹层与第一控温器相连；

蜡沉积主体，其具有上槽体和下槽体，所述上槽体具有上水流腔，所述上水流腔与第二控温器相连，所述下槽体为上端开口的槽体，所述上槽体密封连接在所述下槽体的开口处，所述下槽体内设有隔板，所述隔板上方的所述下槽体为实验腔，所述隔板下方的所述下槽体为下水流腔，所述下水流腔与第三控温器相连，所述实验腔的入口端和所述实验腔的出口端分别与所述储油罐相连通；

泵，其连接在所述实验腔的入口端与所述储油罐之间。

在优选的实施方式中，所述蜡沉积主体的实验腔的入口端与所述泵之间连接有质量流量计。

在优选的实施方式中，所述蜡沉积主体的实验腔的入口端与所述泵之间还连接有校准管路，所述校准管路与所述质量流量计并联设置。

在优选的实施方式中，所述储油罐内设有搅拌器。

在优选的实施方式中，所述泵为蠕动泵。

在优选的实施方式中，所述管输条件下蜡沉积定量化实验装置还包括空气压缩机和实验环管，所述泵、所述蜡沉积主体及所述储油罐分别连接在所述实验环管上，所述空气压缩机与所述实验环管相连。

在优选的实施方式中，所述上槽体与所述下槽体之间密封夹设有密封垫。

本实用新型的管输条件下蜡沉积定量化实验装置的特点及优点是：本实用新型可实现管输条件下的蜡沉积动态模拟，以测试不同性质的油品在不同油温、不同实验腔下壁面温度、不同温度区间、不同流量及不同沉积时间条件下的蜡沉积规律，以得到实验油品在不同沉积位置的蜡沉积量及沉积物性质。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的管输条件下蜡沉积定量化实验装置的结构示意图。

图2为本实用新型的管输条件下蜡沉积定量化实验装置的蜡沉积主体的主视剖视示意图。

图3为本实用新型的管输条件下蜡沉积定量化实验装置的蜡沉积主体的侧视剖视示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种管输条件下蜡沉积定量化实验装置，其包括储油罐1、蜡沉积主体2和泵3，其中：储油罐1的外侧套设有水套夹层，所述水套夹层与一第一控温器11相连；蜡沉积主体2具有上槽体21和下槽体22，所述上槽体21具有上水流腔211，所述上水流腔211与一第二控温器23相连，所述下槽体22为上端开口的槽体，所述上槽体21密封连接在所述下槽体22的开口处，所述下槽体22内设有隔板221，所述隔板221上方的所述下槽体为实验腔222，所述隔板221下方的所述下槽体为下水流腔223，所述下水流腔223与一第三控温器24相连，所述实验腔222的入口端2221和所述实验腔222的出口端2222分别与所述储油罐1相连通；泵3连接在所述实验腔222的入口端2221与所述储油罐1之间。

具体是，储油罐1内盛装有实验所需的油品，在本实施例中，储油罐1的容量为20L。在本实用新型中，储油罐1内设有搅拌器(图中未示出)，通过调节电机转速可控制搅拌器的搅拌桨转速，在实验过程中该搅拌器可对储油罐1内的油品进行搅拌，保证储油罐1内的油品均匀，避免长时间的蜡沉积实验导致的蜡耗损效应；进一步的，该储油罐1的外部套设有水套夹层(图中未示出)，该水套夹层与第一控温器11连接，该第一控温器11为可控温循环水浴，其与储油罐1外部的水套夹层通过软管连接，实现对储油罐1中的油品的温度控制，保持储油罐1内的油品温度为实验所需油温。

蜡沉积主体2为本实验装置的核心部分，如图2和图3所示，在本实施例中，蜡沉积主体2的长度L为1.5m，其宽度D为44mm，其高度H为60mm。该蜡沉积主体2由上槽体21和下槽体22组成，上槽体21和下槽体22可拆卸地连接在一起，在本实用新型中，上槽体21与下槽体22之间密封夹设有密封垫25，二者之间通过螺钉连接在一起，以保证该蜡沉积主体2有足够的耐压性。在本实施例中，该密封垫25为聚氯乙烯(Polyvinylchloride，PVC)密封垫。

该上槽体21大体呈长方体形，其具有上水流腔211，下槽体22为上端开口的长方体形槽体，其内设有一隔板221，该隔板221将下槽体22的内腔分隔为实验腔222和下水流腔223，实验腔222和下水流腔223上下水平设置且互不连通。本实用新型将下槽体22设计为上端开口的槽体，在实验结束后可实现对实验腔222内不同位置处的蜡沉积物的厚度进行测量，并可取出实验腔222内不同沉积位置处的蜡沉积物进行性质分析，简单灵活，弥补了传统环道只能测量蜡沉积物平均厚度和不能区分蜡沉积物沉积位置的不足。在本实用新型的具体实施例中，上槽体21和下槽体22的长度L分别为1.5m，上槽体21的宽度D1和下槽体22的宽度D2分别为40mm，上槽体21的高度H1为15mm，下槽体22的高度H2为35mm。

该下槽体22的实验腔222为油品流动与蜡沉积的场所，其两端通过一实验环管4与储油罐1连接；上槽体21的上水流腔211通过软管与第二控温器23相连，下槽体22的下水流腔223通过软管与第三控温器24连接，上槽体21的上水流腔211和下槽体22的下水流腔223内分别通有可控温的循环水。在本实用新型中，该第二控温器23为可控温循环水浴，其可控制上水流腔211内循环水的温度，以对实验腔222的上壁面的温度进行控制，保证实验腔222的上壁面温度始终与实验环管4中的油品温度保持一致。该第三控温器24为可控温循环水浴，其可控制下水流腔223内循环水的温度，以对实验腔222的下壁面的温度进行控制，保证实验腔222的下壁面温度维持在需要的实验温度，该实验温度始终低于实验环管4中的油品温度，且低于该油品的析蜡点温度并高于该油品的凝点温度。由于蜡沉积主体2的实验腔222的上壁面与下壁面之间存在温度梯度，可使油品在流动条件下在实验腔222的下壁面产生蜡沉积。

泵3连接在实验环管4上，其位于储油罐1的出油口与蜡沉积主体2的入口端2221之间，其用于将储油罐1内的油品泵入蜡沉积主体2的实验腔222内，同时将自实验腔222流出的油品回流至储油罐1内。通过调节泵3的电机转速可调节油品循环的流量，可有效减小过泵剪切对油品，尤其是改性原油的破坏。在本实用新型中，该泵3为蠕动泵。

在本实用新型的一实施例中，该蜡沉积主体2的实验腔222的入口端2221与泵3之间连接有质量流量计5。在本实用新型中，该质量流量计5的量程为0kg/h～600kg/h，其精度为0.25级。该质量流量计5用于测量油品在实验环管4内的质量流量。

进一步的，该蜡沉积主体2的实验腔222的入口端2221与泵3之间还连接有校准管路51，该校准管路51与质量流量计5并联设置。在实验开始前，通过关闭质量流量计5两端的阀门52，使实验环管4中的油品经校准管路51流入蜡沉积主体2内，此时通过对质量流量计5进行调零处理后，再关闭校准管路51上阀门511，使实验环管4内的油品通过质量流量计5流入蜡沉积主体2内，以达到精确测量油品在实验环管4内的质量流量的目的。

在本实用新型中，连接有储油罐1、蜡沉积主体2和泵3的实验环管4为直径14mm、壁厚为1mm的圆管，其用于连接环道实验的各个设备；在该实验环管4的外表面覆盖有可控温的电伴热带，以避免油品在循环过程中向环境散热，降低热损失对实验结果的影响。

在本实用新型的一实施例中，该管输条件下蜡沉积定量化实验装置还包括空气压缩机6，该空气压缩机6与实验环管4相连。在实验结束后，通过该空气压缩机6向实验环管4中注入空气，将实验环管4中残留的油品吹扫回储油罐1内。

该管输条件下蜡沉积定量化实验装置在进行实验时，利用第一控温器11将储油器1内的油品加热至油品析蜡点温度以上并恒温合适的时间，保证油品中析出的蜡晶重新溶解于油品中，然后缓慢降温该油品的温度至一实验油品温度，整个过程用搅拌器搅拌原油。之后，利用第二控温器23和第三控温器24分别对蜡沉积主体2的上槽体21的上水流腔211和下槽体22的下水流腔223内的水的温度进行控制，以使实验腔222上壁面、下壁面达到所需的控制温度，其中，实验腔222上壁面温度(也即，上水流腔211的水的温度)为油品温度，实验腔222的下壁面温度(也即，下水流腔223的水的温度)低于油品温度，且低于油品的析蜡点温度并高于油品的凝点温度；在整个实验的过程中，利用覆盖在实验环管4表面的电伴热带，使油品流过的实验环管4部分达到实验油温；最后，开启泵3，通过调节电动机转速控制泵流量，使得储油罐1内的油品在整个实验环管4内开始循环流动，并在实验腔222的下壁面上析出蜡沉积物，实现管输条件下的蜡沉积动态模拟。

在蜡沉积物达到一定量后，停止实验，用空气压缩机6对实验环管4进行扫线，为了保证在实验腔222下壁面上的蜡沉积物不被空气冲掉，空气压缩机6提供的压缩空气的压力不能太高，以保证空气对蜡沉积物的冲刷力与油品流动的冲刷力相等，实验中一般使用与实验流体相同流量的压缩空气；通过压缩空气的扫线后，拆卸上槽体21和下槽体22，通过对实验腔222内不同沉积位置的蜡沉积物的厚度测量和蜡沉积物取样性质分析，分析实验油品在该管输条件下的蜡沉积规律。

本实用新型的管输条件下蜡沉积定量化实验装置，可实现管输条件下的蜡沉积动态模拟，以测试不同性质的油品在不同油温、不同实验腔222下壁面温度、不同温度区间、不同流量及不同沉积时间条件下的蜡沉积规律，以得到实验油品在不同沉积位置的蜡沉积物的量及沉积物性质。

在本实用新型的一具体实施例中，将凝点为23℃的原油加入储油罐1后加热至50℃后，缓慢温降至42℃，并控制蜡沉积主体2的上槽体21内的水的温度为42℃，下槽体2的下水流腔223内的水的温度为25℃。

启泵3开始油品循环，调节质量流量计5的量程为100kg/h，并记录启泵3时间。油品在实验环管4内运行120小时后，停泵3，通过空气压缩机6提供压缩空气对实验环管4进行扫线，之后打开上槽体21和下槽体22，露出下槽体22的实验腔222，沿实验腔222的入口端2221处依次对0.0m、0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1.0m、1.2m、1.4m处的实验腔222的中轴线位置和边沿位置进行蜡沉积物的厚度测量，并记录数据，对实验腔222的入口处、中间处、出口处三个位置的蜡沉积物分上下两层取样，取样结果进行差示扫描量热法测试(即，DSC测试)析蜡点、析蜡高峰，并计算含蜡量。

取样结束后，重新密封上槽体21和下槽体22，启泵3循环并记录启泵时间，累计运行时间到达155小时后，同样进行上述操作并记录数据。

调节油品温度及上槽体21的上水流腔211的水的温度至40.5℃，下槽体22的下水流腔223的水的温度至23.5℃，即保持实验腔222的上壁面与下壁面的温差不变，改变温度区间，启泵3运行。当累计运行时间分别达到190小时和235小时时，同样进行上述测量取样操作，并记录数据。

数据处理后记录如下：

表1实验腔下壁面中轴线蜡沉积物厚度

表2实验腔下壁面边沿处蜡沉积物厚度

表3实验腔不同位置蜡沉积物析蜡点

表4实验腔不同位置蜡沉积物析蜡高峰

表5实验腔不同位置蜡沉积物含蜡量

由以上表格数据可知：

1、实验腔222不同位置处蜡沉积物析蜡点分析

在相同沉积时间下，实验腔222内不同位置处蜡沉积物的析蜡点存在较大差距，大体上呈现从实验腔222的入口端2221至实验腔222的出口端2222逐渐降低的趋势，且蜡沉积物的下层比蜡沉积物的上层的析蜡点更高。从外观上看，实验腔222的下层的蜡沉积物较为坚硬，实验腔222的上层的蜡沉积物虽不流动，却更接近于液态凝油。

在实验腔222的上壁面与实验腔222的下壁面的温差相同的情况下，虽然实验腔222的下壁面的蜡沉积物厚度无明显变化，但蜡沉积物性质有所改变；对比前两组、后两组实验，发现降低实验腔222的下壁面温度后，虽然时间更长，但析蜡点有所下降。

析蜡点在一定程度上能反映蜡沉积物中的碳数。由此可推断，高碳数蜡析出较早，实验腔222的入口多于其出口，且不断向实验腔222的壁面方向扩散；随着时间的增加，蜡沉积物的碳数有所提高。

2、实验腔222不同位置处蜡沉积物析蜡高峰分析

析蜡高峰的变化规律与析蜡点大致相同，从实验腔222的入口端2221至实验腔222的出口端2222逐渐向低温移动，且实验腔222下壁面的蜡沉积物的下层比蜡沉积物的上层更高。

析蜡高峰能反映蜡沉积物中的碳数分布比重。由此可推断，从实验腔222的入口端2221到实验腔222的出口端2222，较低碳数的蜡组分所占的比重越来越大；随着时间的增加，相同位置处的高碳数蜡所占比重越来越大。

在实验腔222的上壁面与实验腔222的下壁面的温差相同的情况下，降低实验腔222的下壁面温度，析蜡高峰温度有所下降。由于190h实验是在155h实验基础上进行的，说明在较低温度区间下，占大比重的蜡组分碳数较低。

3、实验腔222不同位置处蜡沉积物含蜡量

在相同沉积时间下，实验腔222内不同位置处沉积物的含蜡量不同。实验长度为120h时，含蜡量从实验腔222的入口端2221至实验腔222的出口端2222逐渐降低，随着时间继续增加，实验腔222中间位置的含蜡量逐渐提高，高于实验腔222的入口端2221及实验腔222的出口端2222，且蜡沉积物的下层比上层的含蜡量更高。

在实验腔222的上壁面与实验腔222的下壁面的温度差相同的情况下，随着沉积时间的增加，除实验腔222入口端2221外，实验腔222同一位置处蜡沉积物的含蜡量都有所增加，出现蜡沉积物的老化。

在降低温度区间后，含蜡量却有所降低，这可能是由于在较低温度下，蜡沉积物空间网状结构中包裹了更多的凝油，虽然蜡沉积物的量增加，但含蜡量相对降低。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (7)

1.一种管输条件下蜡沉积定量化实验装置，其特征在于，所述管输条件下蜡沉积定量化实验装置包括：

储油罐，其外侧套设有水套夹层，所述水套夹层与第一控温器相连；

蜡沉积主体，其具有上槽体和下槽体，所述上槽体具有上水流腔，所述上水流腔与第二控温器相连，所述下槽体为上端开口的槽体，所述上槽体密封连接在所述下槽体的开口处，所述下槽体内设有隔板，所述隔板上方的所述下槽体为实验腔，所述隔板下方的所述下槽体为下水流腔，所述下水流腔与第三控温器相连，所述实验腔的入口端和所述实验腔的出口端分别与所述储油罐相连通；

泵，其连接在所述实验腔的入口端与所述储油罐之间。

2.如权利要求1所述的管输条件下蜡沉积定量化实验装置，其特征在于，所述蜡沉积主体的实验腔的入口端与所述泵之间连接有质量流量计。

3.如权利要求2所述的管输条件下蜡沉积定量化实验装置，其特征在于，所述蜡沉积主体的实验腔的入口端与所述泵之间还连接有校准管路，所述校准管路与所述质量流量计并联设置。

4.如权利要求1所述的管输条件下蜡沉积定量化实验装置，其特征在于，所述储油罐内设有搅拌器。

5.如权利要求1所述的管输条件下蜡沉积定量化实验装置，其特征在于，所述泵为蠕动泵。

6.如权利要求1所述的管输条件下蜡沉积定量化实验装置，其特征在于，所述管输条件下蜡沉积定量化实验装置还包括空气压缩机和实验环管，所述泵、所述蜡沉积主体及所述储油罐分别连接在所述实验环管上，所述空气压缩机与所述实验环管相连。

7.如权利要求1所述的管输条件下蜡沉积定量化实验装置，其特征在于，所述上槽体与所述下槽体之间密封夹设有密封垫。