（油气储运工程专业论文）多层系采出水混输系统结垢规律的实验研究.pdf

关于学位论文的独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导老师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中加以标注和致i j l j s r s 0 4 上 ( 1 6 ) 虽然有以上的各种结垢的形成机理，但由于油气田可能有多种类型的垢物形成，每 种垢又可能有各自的形成机理，如何采取有效的、经济的防治技术来破坏垢物的形成机 制仍值得我们探索。 4 中国石油大学( 华东) 硕j j 学位论文 目前，科研工作者开展的工作主要是分析温度、压力、含盐量、p h 值对管道污垢 形成的影响。下面分别介绍各结垢因素对结垢的影响。 ( 1 ) 温度的影响：影响结垢的因素很多，其中温度是最重要的因素，温度主要影 响结垢物质在水中的溶解度。当温度升高时，c a c 0 3 、c a s 0 4 、b a s 0 4 等结垢物质在水 中的溶解度降低，从而可形成垢。各结垢物质在水中溶解度随温度的变化可参照图1 1 。 哆 一 、。 嫠 霉 ； 谥瑷 ( 图卜1 水垢溶解度随温度的变化 f i g 1 - 1 t h ed i a g r a mo f s c a l i n gs o l u b i l i t ya l o n gw i t ht e m p e r a t u r e 从图中可以看出，除了c a s 0 4 2 h 2 0 ( 石膏) 溶解度有极大值外，其它均随温度的 升高而降低，即温度越高越容易结垢。 ( 2 ) 压力的影响：在热力学上常用平衡常数溶度积k s p 表示难溶物质的溶解度。 k s p 与温度t 、压力p 的关系为： d i n k s p2 ( a t t r t 2 ) d t 一( a v t ) d p ( 1 7 ) 式中，h 一系统在过程中的焓值变化； v 一系统在过程中的容积变化。 压力增加时，硫酸盐在水中的溶解度增大，因而结垢趋势减小。对于碳酸钙垢，由 于存在如下溶解平衡： c a ( h c 0 3 ) 2 c a c 0 3 + c q + 日2 0 ( 1 - 8 ) 当压力增加时，c 0 2 的分压增加，平衡向左移动，结垢趋势减小。 ( 3 ) p h 值的影响：p h 值对碳酸钙的溶解度有很大的影响。p h 值较低时，碳酸钙 第一章绪论 在水中主要以碳酸氢钙的形式存在，产生的沉淀较少。当p h 值较高时，溶液中的碳酸 氢钙与氢氧根发生中和反应，生成的碳酸钙由于过饱和而析出沉淀。而对硫酸钙结垢， p h 值影响不大。因此，油气集输系统各部分溶液的p h 值应尽量保持在合适的范围内。 ( 4 ) 含盐量的影响【8 】：一般来说，水中成垢离子的浓度越高，则结垢趋势越大，而 溶液非结垢盐浓度越高，则污垢在水中的溶解度越大，其结垢趋势也就越小。因此，非 结垢盐类在水溶液中的浓度越小，则污垢在溶液中的溶解度越小，因此越容易结垢。例 如在溶液中添加c a c l 2 、c a b r 2 、z n b r 2 等非结垢赫类时，能够起到阻垢的作用。由此可 见，充分了解油气集输系统中采出液中溶解的盐类组分的变化情况对采取措施阻垢有很 重要的意义。 ( 5 ) 流速的影响【9 】：关于流速对结垢速率的影响目前有两种截然相反的结论：一种 是以h a s s o n 和z a h a v i 以及m i i l l e r - s t e i n h a g e n 和b r a n c h 等的研究报告为代表的，认为流 速提高能够抑制结垢，他们认为流速的提高可以增加流体对结垢物质的剪切力，从而增 加了污垢的剥蚀速率。而r i t t e r 、c h e m o z u b o v 等则发现流速提高能诱发结垢，他们认为 流速的提高可以增加结垢离子的扩散，从而增加了结垢物质的析出，与此同时流体对污 垢产生的剪切力小于污垢的附着力。w a t k i n s o n 等研究了流速在( 0 2 3 o m s ) 范围内变化 时对污垢热阻的影响【1 0 】。发现流速在较低的范围内时，紫铜管内的污垢热阻随着流速的 增大而增大。而对于低碳钢管，污垢热阻随着流速的增大出现先增大然后下降的趋势。 对强化管( 螺旋槽管、内肋片管) 和普通管，渐进污垢热阻随流速的提高先增加至某一最 大值然后出现下降的趋势。通过以上结果可以看出，流速对污垢热阻的影响因管材而异， 可见流速对结垢的影响是非常复杂的。 1 2 2 国内外污垢研究的主要方法 一、碳酸盐型垢研究的主要方法及模型 1 、d a v i s s t i f f 饱和指数法 1 9 3 6 年l a n g e l i e r 提出的饱和指数法【1 1 】被d a v i s 和s t i f f 推广应用到油田水处理中， l a n g e l i e r 在经验公式中加入了溶液的含盐量、溶液的离子浓度、溶液的温度等因素，经 过改进和修正得出以下经验公式【1 2 】： s = p h p h ，= p h k p c a p 爿坼 ( 1 9 ) p h ，= k + p c a + p a k ( 1 1 0 ) 6 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 p c a = l g c a 2 + 】一 p a i k = l g ( 2 c 0 3 】+ 【h c 0 3 - 】) 一 ( 1 1 2 ) s i 一饱和指数，溶液结垢的评价指标；如果s i 0 ，溶液有结垢的趋势； p h 一溶液p h 值； p h s - - c a c 0 3 达到饱和时溶液的p h 值； k 一修正系数，是溶液的含盐量、水的成分和温度的函数，可以在离子强度与水温 度曲线图中查到； p c a c a 2 + 浓度( m o l l ) 的负对数； p a l k 一总碱度( m o l l ) 的负对数； d a v i s s t i f f 饱和指数法公式简单，在油田开发初期被广泛采用，也取得了一定的效 果。但通过上式可以看出，为了计算s i 的值，必须对溶液的p h 值、h c 0 3 - 和c 0 3 2 的 浓度进行准确测量，但是在现场生产条件下，一旦溶液离开集输系统，上述参数的值变 化较快，影响预测结果的准确性，另一方面，部分专家经过实践发现，该公式的应用有 一定的局限性，由于c a c 0 3 物理性质的影响，该方法只适用温度在o 1 0 0 。c 、p h 的值 在5 5 8 5 、离子浓度的值小于6 0 m o l 的集输系统，同时由于s i 不能区别 c a 2 + 和总 碱度 c 0 3 2 - + h c 0 3 管道结垢趋势的影响【1 3 】，影响了该模型的推广应用。笔者认为， 对于已知各种参数的溶液，判断其结垢趋势可以采用d a v i s s t i f f 饱和指数模型。 2 、r y n a r 稳定指数法 r y n a r 在饱和指数法的基础上，从集输系统运行参数的角度出发，结合水的物理参 数和给水系统的实际情况，经过推理、分析提出稳定指数的概念1 1 4 】，预测公式如下： s a i = 2 p h ，一p h = 2 ( x - i - p c a + p a r e ) 一p h ( 1 1 3 ) s a l 一稳定指数，s a i 6 溶液没有结垢的趋势，s a i 6 有结垢趋势，s a i 1 0 时，溶液有结垢的趋势；当s o ，表示溶液 处于饱和状态，有结垢趋势；i s 1 时，溶液中有a b 结垢倾向；当s 1 时，体系中无a b 结垢倾 向；当s = i 时，体系处于饱和状态。 关于结垢的理论预测经过专家学者的长期研究、探索形成了不同的体系理论，提出 了适合针对不同垢型的预测模型。它们被编译成计算机语言和软件被广泛应用，简单、 方便，具有较高的精度，在特定的时期内取得了很好的效果，促进了油田除垢防垢工作 的开展以及油田地面集输系统的优化。但是上述理论预测方法大多是基于一些理论公 9 第一章绪论 式、模型，通过理论的计算预测油田水的结垢问题。这其中涉及到参数的采集问题，并 且静态条件下取得实验数据不能完全反映生产现场的工况，计算的结果有时难以达到预 期的目标，于是模拟现场工况的动态污垢测试平台成为学者研究的重点。 1 2 3 存在的问题 随着油田污垢危害的凸显，科研工作者对污垢的研究工作越来越深入，通过丌发建 立不同的模型来分析污垢的形成与剥离过程，但是在大量的研究工作中也存在一些不足 与缺陷： ( 1 ) 污垢研究工作脱离现场生产环境。通过多年的实践与科研工作可以明显发现， 污垢的形成是多因素在复杂环境下共同作用的结果，要达到真正研究污垢的目的必须首 先模拟这种复杂的生长环境，而目前科研工作者开展的不管是污垢预测模型的建立还是 污垢软件的开发都是基于静态环境丌发的，脱离实际，这样不可避免得会影响研究工作 的准确性，同时预测的结果的实用性也值得商榷。 ( 2 ) 污垢研究工作缺乏系统、标准的流程。不同类型的离子、不同浓度的离子以 及不同的运行参数导致污垢形成的过程和沉积量相差较大，如果每一个油田为了得到集 输系统管道污垢量都独立开展科研攻关，既增加了油田的生产成本，影响了经济效益也 造成了资源的浪费，因此如果能建立一套系统的，具有普遍实用性的研究方法及工具对 污垢研究工作将有巨大的帮助。 1 3 论文研究的主要内容及目的 通过查阅大量的文献以及对现场集输系统结垢情况的调研，文章确定了研究重点， 主要从以下几个方面开展工作，开展集输系统管道结垢规律的实验研究： 一、调研国内外污垢研究的文献，污垢监测方法及监测平台的建设情况，对其中存 在的问题进行分析归纳总结，为动态污垢监测平台的搭建打下基础。 二、搭建一套标准、精确、简洁的基于污垢热阻和污垢厚度的动态污垢监测平台， 完成对监测平台设备的选型，对输送流程的优化设计，使之能够动态模拟污垢的形成过 程，为后续实验的开展准备条件，同时规范实验步骤，确定一部标准的、具有普遍适用 性的操作流程，对流程的准确性进行验证。 三、污垢的形成是多因素、复杂条件综合作用的结果，筛选出影响污垢形成的主要 参数，利用污垢监测平台评价分析各参数对污垢形成的影响。 1 0 中国石油人学( 华东) 硕一 ：学位论文 四、调研姬塬油田集输系统结垢情况，采集采出水和污垢样本，利用污垢监测平台 研究不同层系采出水混输的结垢情况，优化混输方案，筛选出最优输送工况，同时探索 阻垢剂在姬塬油田混输防垢中的应用及效果评价分析，为油田混输生产提供数据参考。 第二章动态污垢监测i f 台说明书 第二章污垢的动态监测方法研究 目前国内研究和预测污垢的形成主要是通过静态模型和软件编程来完成的，上述两 种方法脱离现场的生产过程，不能准确的描述污垢的形成，而动态污垢监测实验平台是 基于污垢热阻的，对污垢形成过程进行综合模拟的实验装置，它可以通过参数的变化反 映油田集输系统实际的运行状态。因此设计、组装一套可靠实用的实验系统是实验研究 进行的关键。通过对大量文献中用到的实验方法总结和创新结合论文需要丌展的工作， 实验室设计一套基于污垢热阻和污垢厚度的动态污垢监测实验平台。利用该平台可以模 拟油田集输系统不同的生产工况，实现对结垢影响因素的分析、污垢的成长曲线、最优 最差工况的筛选以及对阻垢剂效果评价。 2 1 国内外污垢监测装置的研究进展 卜循环冷却水回水管线2 一进水阀3 一转子流量计4 一温度计5 一有机玻璃管 6 一探测器7 一螺钉8 一法兰9 一主机 图2 - 1 监测仪原理示意图 f i g 2 - 1 s c h e m a t i cp r e s e n t a t i o no fm o n i t o r i n gd e v i c e ( 1 ) 这是由南京化工学院研制的一种便携式污垢监测仪【1 8 j ，它体积小，便于携带安装， 可直接观察传热表面上的结垢和污垢沉积的状况，以及对传热的影响，除此以外还能定 量的测出污垢热阻以及污垢沉积速率。装置图如上所示，流体从入口1 流经流量计，引 入旁路有机玻璃管5 中，探测器6 从出水端插入有机玻璃管中，接通探测器上电源，改 变电压即可模拟所需的壁温，在主机上可以显示出来。同时可以透过有机玻璃管直接观 察探测器上结垢情况，通过主机上显示的壁温变化，可及时了解水垢对传热的影响。 1 2 中国正i 油大学( 华东) 硕士学位论文 卜主机2 一数据采集设备3 一保温层4 一套管5 一热电偶6 一冷凝液收集器7 一实验管8 一转子流 量计9 一阀f j1 0 一循环水泵1 卜流体1 2 一过滤网1 3 一搅拌设备1 4 - 冷却水系统 图2 2 实验装置系统图 f i g 2 - 2s y s t e mo ft h ee x p e r i m e n te q u i p m e n t ( 2 ) 上述装置是由江苏工业学院研制的污垢热阻动态监测模型和测试系统【l9 1 ，可以实 现对数据的在线自动采集和处理。流体从1 1 出发进过泵和流量计进入测试管段，测试 管段外加装套管，管内为1 2 0 的饱和蒸汽，其外有保温层。流体在测试管段内形成污 垢，通过测试管壁温度测量污垢热阻。流体进过冷却系统后流入水槽，以便循环使用。 这套装置采用了美国国家仪器公司生产的p c i 6 0 2 4 e 板卡及其c b 6 8 l p 附件，可以实 现对数据的多通道连续采集和记录。 卜出口2 一绝缘水平管线3 一测定压差的旁通管4 一压差计5 一恒速控制器支架 图2 3 冷却水中污垢在线监测装置 f i g 2 3 o n - l i n em o n i t o r i n go ff o u l i n gi nc o o l i n gw a t e r ( 3 ) 这是由美国腐蚀工程师协会( n a c e ) 推荐采用的压力降法监测冷却水中的污垢 1 2 0 1 1 2 1 1 1 2 2 1 。其测试原理为流体流经管道时，由于流动方向的摩擦力的作用，总会产生一 定的压力降。如果管子内部存在污垢，管道截面积减小，流体阻力增加，管道两端的压 第二章动态污垢监测平台说明书 力降会增加。所以管道两端的压力降增量与产生的污垢量存在一定的函数关系。 卜壁温2 一壁温3 一壁温4 一出口水温5 一接电控器6 一入口水温7 一冷却水8 一去地沟 图2 - 4 污垢热阻动态模拟自动监测装置 f i g 2 4 a u t o m a t i co n l i n em o n i t o ro ff o u l i n gt h e r m a lr e s i s t a n c e ( 4 ) 污垢热阻动念监测系统1 2 3 j 如上所示，它是由东北电力大学研制成功的，设备的主 体是由两根管组成的管式换热器。这两根管是可以拆卸的，它们都可以作为实验管，如 果对于单纯监测水质污垢热阻来说，则两根实验管可同时进行两种或不同工况的污垢热 阻监测。管内工质为欲模拟的实际换热器的冷却水或据其主要成分配置的工艺流体。管 外是由电加热器和温度调节器构成的可调温度的恒温水浴。实验管段安装有壁温、出入 口介质温度、实验段流动压降等测点。所有测量信号经由传输电缆经过数据采集器送入 计算机，实现了污垢热阻的在线自动监测。 图2 5 污垢热阻实验装置 f i g 2 5e x p e r i m e n t a ls e t u po ff o u l i n gt e s t ( 5 ) 实验装置华南理工大学研制【2 4 ，由冷水机组运行系统和数据采集和监控系统组成。 其中，冷水机组运行系统由制冷剂回路、冷却水回路和冷冻水回路组成，数据采集和监 控系统由数据采集系统和计算机处理系统组成，如图2 5 所示，实验的总体思路是：通 过数据采集系统采集来自冷水机组系统中的三个回路的不同参数，并输到计算机处理系 1 4 中国石油大学( 华东) 硕七学位论文 统进行处理，完成数据处理和监控的任务。由于在实际操作中很难直接测量换热面的壁 温，这就要求能够从总体的角度来探讨平均污垢热阻，利用冷水机组可完成这样的任务， 只需要测量冷却水的进出口温度、冷冻水进出口温度，冷却水流量、冷冻水流量以及冷 凝压力就可以得出对应条件下的污垢热阻值。 2 2 动态污垢监测平台测垢的原理 冷却水动态模拟实验方法是在实验室给定的条件下，用常压下饱和水蒸气或热水加 热换热器，模拟生产现场的流速、边界条件、水质、换热强度和冷却水进出口温度等主 要运行参数，以评价水处理剂的缓蚀和阻垢性能。本实验在此实验原理的基础上，通过 对实验装置进行重新设计，分析不同层系的采出水混合后在管线内的结垢情况，流体流 速、流体温度、集输系统压力、壁面温度、溶液p h 值对污垢形成的影响、不同阻垢剂 的阻垢性能。 实验流体经过换热器后温度上升，易结垢。当沉淀在管壁聚集时，管壁厚度增加， 热阻增大，换热效果变差，实验流体进出口温度相应的发生变化。当管壁表面的垢的成 长与剥离速率达到平衡后，流体的进出口温差达到一个稳定值。通过测量进出口的温差 以及相应的运行参数，利用理论公式可以求出管道表面污垢的热阻和垢层厚度。动态热 阻法监测平台就是利用上述原理开展管道污垢的实验研究。 2 3 实验仪器的设计选型 2 3 1 储液罐的设计选型 储液罐主要用来盛装和加热配制的溶液，为污垢监测平台提供溶液。充足的溶液可 以保证实验的可持续性，是实验进行的前提条件，同时储液罐里安装的温度控制系统还 给溶液提供足够的能量以保持溶液温度的恒定，提高实验的准确性。储液罐的设计主要 包括罐体材质和体积的选择、罐内加热系统和温控系统的设计。 1 、储液罐体积的计算 储液罐主要用来配制和盛放水溶液，它的体积设计既要保证实验用水要求，同时也 要充分考虑满足实验室空间的要求。由于实验室条件的限制，实验不能完全按照油田现 场的集输管道监测污垢的形成，因此通过利用流体力学的运动和动力相似原理，设计制 造缩小版的模型，进行模拟实验。由实验管路的设计分析得出，实验拟定流体最大的流 速为1 5 m s ，依据该流量及实验周期可得- d , 时实验用水量为： l5 第- 二章动态污垢监测甲台说明书 q = ( 蒯2 4 ) v t 2 0 7 8 l ( 2 - 1 ) 实验用溶液是由两个储罐分别盛放，依据实验要求层系水的配比分别取1 ：2 ，2 ：1 ，1 ：1 ， 1 ：3 ，3 ：1 进行混输，由此可推出当层系水配比为3 ：1 或l ：3 时所需储液罐的体积最大， 每小时用水体积为： y ：三p ：三2 0 7 8 ：15 5 8 5 l( 2 2 ) 4 一 4 储罐选取为长方体，考虑到实验室的面积以及拆卸安装的方便，设置储液罐的高度为 1 o m ，底面尺寸：0 7 x o 7 m ，则储罐的容积为4 9 0 l ，因此储罐的溶液仅能维持3 个小时 的实验，远远达不到实验要求的时间，因此每支管路需要设置两个相同体积的储罐，在 实验过程中一个储液罐中的溶液处于实验状态，另一个储液罐中的溶液处于加热状态交 替使用。在储液罐材质选择方面，由于地层采出水还有大量的碳酸氢根和相应的阴离子， 铁质容器在所配制溶液条件下会腐蚀生锈，影响溶液中离子的浓度，而塑料制品在实验 的高温条件下有变形的可能，考虑到实验的特殊性，储液罐的材质选用表面光滑，耐腐 蚀性较好的3 0 4 不锈钢，以防止腐蚀现象发生，同时避免离子在储液罐内沉淀聚集影响 实验的精度，储液罐实物图片如图2 - 6 ： 图2 - 6 储液罐的示意图 f i g 2 6 s c h e m a t i cp r e s e n t a t i o no fs o l u t i o np o t 1 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 图2 7 储液罐的内部结构 f i g 2 - 7 i n t e r n a ls t r u c t u r eo fs o l u t i o np o t 2 、储液罐加热和温控系统的选择 ( 1 ) 加热装置 污垢监测平台是监测不同温度下管道污垢的结垢规律，因此储液罐的加热装置主要 为了使溶液加热到实验要求的温度。实验中每种地层采出水同时使用两种储液罐盛放溶 液，合适的加热管功率能保证在一个储液罐中的溶液使用完之前，另一个储液罐中的溶 液已经加热到要求的温度。根据加热管的型号，初步选定每个储液罐的加热管功率为 l o k w ，水的初始温度取2 0 ，加热到实验最高温度6 0 ，所需要的能量为： 0 = c m a t = c p v a t = 4 2 0 0 1 0 0 0 o 3 6 8 4 0 = 6 1 8 2 4 1 0 7 j ( 2 3 ) 式中：v 一水的体积，取储液罐体积的3 4 ； p 一水的密度，取1 0 0 0 k m 3 ； c 一水的定压比热容，取4 2 0 0 j ( k g k ) ； t 一水加热前后的温差，取4 0 ； 加热到6 0 所需要的时间： t l ：里：鱼：坚兰兰型：1 7 1 7 h ( 2 - 4 ) 第二章动态污垢崎测平台说明书 储液罐内的水能连续使用的时间为：f 2 = 3 1 4 h ，1 1 ( ，2 ，因此在一个储液罐溶液被使用完 之f j f ，加热系统可以将另一个储液罐内溶液加热到所需温度，加热管功率选取符合要求。 矽。一 |； 4 爹* 爹； “ 雾甍麓 一 阪_ ；。口 i 。严 图2 8 加热器的结构图 f i g 2 8 s t r u c t u r eo ft h eh e a t e r ( 2 ) 温控装置 温控装置主要用来控制储液罐中溶液的温度，避免由于散热使罐内溶液温度降低， 影响实验准确性。实验系统采用p t l 0 0 铠装热电阻测量储液罐中溶液的温度，p t l 0 0 铠 装热电阻外保护管采用不锈钢，内充满高密度氧化物绝缘体，具有很强的抗污染性和优 良的机械性能，测量偏差为4 - ( 0 1 5 + 0 0 0 2iti ) ，它灵敏度高，热响应时间快，稳 定性强。而储液罐中温度的控制则采用x m t 8 0 0 0 温度控制仪实现，x m t 8 0 0 0 温度控制 仪是一种高性能、高可靠性的智能型工业调节仪表，广泛应用于温度、流量、压力、液 位的自动控制系统，它的基本误差为输入量程的4 - 0 3 ，采样周期为8 次s e e ，同时具有 上下限报警功能。在上述装置共同作用下，当储液罐内溶液的温度高于设定值时加热电 路断开，反之电路接通，加热器正常工作。为防止溶液在储液罐中温度变化不均匀，在 储液罐的支架上安装搅拌器对储液罐内溶液进行搅拌。 ( 3 ) 保温装置 在冬季开展实验时由于罐内溶液与外界温差相差较大，要使储液罐内溶液保持在一 定的温度，除了加热系统外，外层保温装置也是必不可少的。实验中采用复合岩棉作为 保温材料，敷设在储液罐外表面，从而达到保温的效果。 ( 4 ) 搅拌装置 搅拌装置主要由动力搅拌器组成。在实验时，不断对罐内溶液进行搅拌，减少溶液 中离子的凝结聚集。实验选用三相异步电动机与行星摆线针轮减速机共同组成动力装 1 8 “缀， f 中围石油大学( 华东) 硕j j 学位论文 置，输出转速为8 2 r m i n ，叶片及转轴采用不锈钢材质。 ? 7 ， j i ? l 棚躐 一 。 l 一 ；， 7一， ，1 t 一 l ，j 一 # * 喇 。” 锄 f4 n一一， o 图2 - 9 叶片安装尺寸图 f i g 2 - 9 t h ei n s t a l l i n g & d i m e n s i o n a ld r a w i n go fl e a fb l a d e l 川重 图2 1 0 叶片示意图 f i g 2 1 0 s c h e m a t i cp r e s e n t a t i o no fl e a fb l a d e 1 9 。澎 鬈 第二二章动态污垢监测平台说明书 1 3 8 5 6 l o o a 、 图2 - 1 1 搅拌器安装图 f i g 2 1 1 t h ei n s t a l ld r a w i n go fm i x e r 2 3 2 动力装置的设计 参 图2 - 1 2 搅拌器实物图 f i g 2 - 1 2 s c h e m a t i cp r e s e n t a t i o no fm i x e r 实验流程中离子浓度较大，同时含有大量的氯离子，流体具有腐蚀性。因此，污垢 监测平台采用江苏靖江利工泵阀公司生产的3 2 f p 1 8 a 型塑料泵，它体积小、重量轻、 耐酸碱、密封性好，被广泛用于输送酸、碱、盐等腐蚀性液体，基本参数为：进口直径 4 0 m m ，出口直径3 2 m m ，流量2 5 m 3 h ，扬程1 8 m ，配用功率1 5 k w ，转速2 9 0 0 r m i n ， 实物图如下： 2 0 一豫 辨_ 鳓咎谚 是一 中国石油人学( 华东) 硕上学位论文 妒 。一 乙 图2 1 3 离心泵的实物图 f i g 2 1 3 s c h e m a t i cp r e s e n t a t i o no fc e n t r i f u g a lp u m p 2 3 3 集输管路的设计选型 集输管路主要用来输送流体，模拟现场的集输管道。在实验装置中采用p p r 管作为 输送流体的管道，它是目前室内实验采用最多的一种供水管道，它无毒、保温节能，具 有较好的耐热性，同时接口采用热熔技术，管子之问完全融合在一起，安装打压测试通 过以后不易发生漏水事故，另一方面p p r 管表面不易结垢，使得流动溶液的离子浓度变 化较小，符合实验要求。 1 、测试管段 依据实验规模以及有关的规范规定，选取紫铜管作为测试管段，紫铜管壁面的污垢 容易清除，并且紫铜管不易生锈，所以实验管段选取尺寸规格为1 1 2 m m 的紫铜管， 长度取0 4 5 0 m 。依据文中的理论公式推导，只要测出紫铜管进出口温度、换热器内水的 温度、流体流速等参数就可以计算出管道污垢的热阻以及结垢量。 流体在管内的流动流型主要有2 种：层流和紊流，雷诺数公式如下式： r e ：d v ：, o v d v p ( 2 5 ) 层流时，r e 2 0 0 0 ，由水的动力粘度表查得5 5 。c 下水的动力粘度为5 1 7 1 0 7 m 2 s ， 则 2 l ， | | 胤 增 。一， 。 一 警， ，。一一 一 锄 f 。 j；扩。： 。 卜簪。 一 锿 o，薹： ” ，。群；d弼潍 p熬弼黔，鼢珏，瑚薯繇 第二章动态污垢l 脑测甲台说明书 生2 0 0 0j v 塑：兰q q 旦兰! ：! ! 兰! q ：! ：o 一15 研j dd0 0 0 7 ( 2 6 ) 紊流时，水力光滑区，3 0 0 。 r e 5 占9 ，7 。j3 0 0 0 p v d 万5 9 7 ( 2 - 7 ) 混合摩擦区，等 r e 6 6 5 - 7 6 5 l g ( 2 9 ) 占 其中取0 0 0 3 ，由式( 3 ) ( 5 ) 可得不同流态区间对应的流速： 水力光滑区：0 2 2 1 e b l ) 芷 0 t b 1 ) 叱鲤纛昙戽炝 第三章管道结垢影响洲素的评价 上图为压力取7 5 k p a 、流体温度取3 1 、壁温取7 0 、流体p h 值取6 2 的工况下 不同的流速对应的污垢热阻值。从中可以看出在压力7 5 k p a ，流体温度3 1 ，壁温7 0 ， p h 为6 2 的工况下，流速取o 5 m s ，实验结束时管道的污垢热阻为7 5 1 0 - s m 2 k w ， 流速取0 7 m s 时污垢热阻达到6 1 x 1 0 - 5 m 2 k w ，流速取1 0 m s 时污垢热阻为4 3 1 0 - s m 2 k w 一，可以看出随着流体流速的增加，污垢热阻变化较大，呈现减小趋势，流 速从0 5 m s 增加到1 0 m s ，污垢热阻减小将近一倍。笔者认为，污垢的形成是沉积过程 和剥蚀过程共同作用的结果，但在油阳集输系统中，由于污垢形成需要经历较长的沉积 过程，在完全形成之前污垢内部结构较疏松，极易脱落，剥蚀作用起主导作用，因此削 蚀作用控制污垢的形成。随着流速的增加，流体对垢层的剪切力增大，削蚀作用增强， 从而加快垢层的脱离，反之，流速减小削蚀作用减弱，垢层厚度增加，污垢热阻增大。 3 3