[发明专利]基于质量流变化的输油管道轴向蜡沉积分布规律判断方法

权利要求书

1.基于质量流变化的输油管道轴向蜡沉积分布规律判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、选择输油管线，测量输油管线及化验油品的相关参数；

步骤2、结合实际工况条件，基于现场SCADA系统采集油品的温度数据；

步骤3、将采集的温度数据带入传热关系公式(1)，计算在输油管线初期没有发生沉积时的实际壁面温度T_wall；

式中，U—测试段总传热系数，W/(m²·℃)；α_in—油流到壁面的放热系数，W/(m²·℃)；T_o—油流的温度，℃；T_c—冷却液的温度，℃；

步骤4、结合相关参数，根据实际壁面温度公式(2)计算在实际壁面温度T_wall条件下的蜡分子扩散系数D_wo,wall；

式中，μ—油流在温度为T₀时的粘度值，Pa·s；—蜡分子的平均相对分子量，ρ_w—蜡分子的平均密度，kg/m³；

步骤5、根据油品的溶解度曲线得到蜡分子在油流和管壁处的浓度C_oil、C_wall，继而计算得到蜡分子在油壁处的浓度差C_oil－C_wall；

步骤6、根据公式J_wax＝D_wo,wall(C_oil－C_wall)计算蜡分子的质量流J_wax；

如果质量流增大，则沉积层厚度增加，否则沉积层厚度减小。

2.根据权利要求1所述的基于质量流变化的输油管道轴向蜡沉积分布规律判断方法，其特征在于，所述步骤3中输油管线的实际壁面温度的获取包括以下步骤：

步骤A、按照经典的分子扩散方程式(3)，蜡沉积的形成主要取决于分子扩散系数、温度浓度梯度、温度梯度三个因素；

式中：—单位时间内扩散到管壁处的蜡分子质量，kg/s；ρ_w—蜡分子的平均密度，kg/m³；D_m—原油中蜡分子的扩散系数，m²/s；A—沉积面积，m²；—蜡在原油中的溶解度系数，1/℃；—径向温度梯度，℃/m；

步骤B、对公式(3)进行化简，获得蜡分子的质量流J_wax，

式中，T_interface指界面处的温度，interface指界面处；

步骤C、蜡沉积层厚度的增长由蜡分子在壁面处的对流扩散质量流J_wax决定，且在计算未形成沉积层前的质量流时，将式(4)变形简化为式(5)来计算未发生沉积时的质量流，

J_wax＝D_m,wall(C_oil-C_wall) (5)

式中，D_m,wall为实际壁面温度T_wall下的蜡分子扩散系数；

步骤D、通过Hayduk-Minhas关系式计算，如式(6)所示，

式中，C_oil—油流主体温度T_O下的蜡分子浓度；C_wall—实际壁面温度T_wall下的蜡分子浓度；μ—油流在温度为T₀时的粘度值，Pa·s；—蜡分子的平均相对分子量；

步骤E、在热量传递的计算中，测试段的能量传递是一个稳态过程，不考虑测试段散失到空气中的热量，油流所散失的热量和冷却液吸收的热量相等，不考虑油流流动过程中的摩擦生热，由热平衡关系可得出测试段的总传热系数的计算公式为：

式中，U—测试段总传热系数，W/(m²·℃)；α_in—油流到壁面的放热系数，W/(m²·℃)；α_out—内管外壁到冷却液的放热系数，W/(m²·℃)；λ_p—管材的导热系数，W/(m·℃)，钢管的导热系数在46-50W/(m·℃)之间；d_in—内管的内管径，m；d_out—内管的外管径，m；

油流-壁面处的温度梯度可按照测试管段的热平衡关系求得，

式中，—油流与壁面沿径向的温度梯度，℃/m；T_o—油流的温度，℃；T_c—冷却液的温度，℃；λ_oil—油流的导热系数，W/(m·℃)；

壁面处的温度可以由测试段的总传热系数计算得到：

式中，T_wall—壁面处的实际温度，℃。

3.根据权利要求1所述的基于质量流变化的输油管道轴向蜡沉积分布规律判断方法，其特征在于，所述输油管线的相关参数包括管径、导热系数；所述油品的相关参数包括密度、分子量、溶解度、粘度。