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西安石油大学学术论文 设计 院 系 石油工程学院专业 油气储运工程班级 0802班负责人 范文同杨艳王磊指导老师 董正远 题目 原油输送管道中结蜡规律及其影响因素 摘要 原油输送过程中因管壁结蜡而使输送能力降低 特别是在定压输送的情况下 当沉积层较厚的含蜡油管道在低温 低流速下输送时 可能发生初凝 停流等现象 但一定厚度的结蜡又可以减小原油的热损失 因此研究原油结蜡过程中管道结蜡的形成机理和影响因素是非常有意义的 关键字 石油蜡结蜡规律影响因素蜡沉积模型 二石油的结蜡形成机理 1我国石油的特性及其运输中所遇到的重大难与世界上多数的产油国不同 我国所生产的原油大多是易凝原油 而易凝原油是含蜡量较高的原油 常称 含蜡原油 据统计 蜡的质量分数超过10 的原油几乎占整个产出原油90 而且大部分原油蜡的质量分数均在20 以上 有的甚至高达40 50 热油管道中热油沿管道向前输送的过程中 由于其油温远高于管道周围的环境温度 在径向温差的推动下 油流所携带的热量将不断地往管外散失 油流不断地降温 这就使得蜡逐渐析出 并在管道中沉积 给输送带来很多困难 结蜡不仅会增加管道运行的能耗 影响管道的安全运行 而且还可能造成管内原油冷却胶凝导致凝管事故 给管道的输送带来很大的安全隐患热油管道中的结蜡问题 目录 第一章第一节我国石油的特性及其运输中所遇到的重大难第二节原油中的蜡沉积物第三节石油蜡的分类第四节石油蜡的用途第五节蜡结晶形态和结构第六节蜡晶核的形成机理及其运动规律结蜡机理第七节蜡在石油运输中的益处与弊端 第二章影响管道蜡沉积的因素2 1管壁剪切速率对蜡沉积速率的影响2 2温度与温差对结蜡速率的影响2 3表面特性对蜡沉积的影响2 4原油组分对蜡沉积的影响2 5管壁温差对石蜡沉积的影响2 6原油流速对石蜡沉积速率的影响2 7原油含水率对石蜡沉积速率的影响2 8管壁材质对石蜡沉积的影响2 9电加热管道对结蜡的影响降凝剂对蜡沉积的影响2 10热处理条件对蜡沉积的影响2 11降凝剂对蜡沉积的影响2 12人为因素对结蜡的影响 绪论 2 2原油中的蜡沉积物蜡是石油中的一类化合物 广义的讲 石油蜡包括液蜡 石油蜡 石蜡和微晶蜡 对原油流变性影响较大的主要是后两类 石蜡烃类分子的碳原子数为C17 C35 平均分子量为300 450 石蜡的主要组成是正构烷烃 此外还含有少量的环烷烃 而芳香烃的含量甚微 微晶蜡也称为地蜡 从石油减压渣油中脱出的蜡 经脱油和精制得到的微晶蜡碳原子数为30 60 平均分子量为500 800 原油中的蜡沉积物主要由石蜡组成 兼有一定量的微晶蜡 此外 还有胶质 沥青质及少量水等有机物和无机物 原油中石蜡的析出过程 石蜡在原油中的溶解度随其分子量的增大和蜡熔点的升高而下降 也随原油密度和平均分子量的减小而增加 不同熔点的石蜡在同一种原油中具有不同的溶解度 故在含蜡原油的降温过程中 其中所含的石蜡成分总是按其分子量的高低依次析出 原油中刚开始析出石蜡晶粒时的温度称为石蜡的初始结晶温度 石蜡结晶大量析出的温度范围称为析蜡高峰区 我国原油的主要特点之一是含蜡量高 如大庆 沈北 华北 中原等油田的原油蜡含量都大于14 其中大庆 沈北原油含蜡量分别高达25 26 和47 1 因此 我国发展石油蜡的生产具有得天独厚的资源优势 经过艰苦的努力 我国石油蜡生产技术已趋完善 形成了1 40Mt a以上的生产能力 是世界石油蜡生产大国 石油蜡综合性能优异 可广泛用于橡胶 造纸 农业 日化 纺织 机械 电子等领域 石油蜡已发展成为范围广泛的一类石油产品 如石蜡 微晶蜡 凡士林 物理改性石油蜡和化学改性石油蜡等汇 石油蜡的正确分类并相应制定出产品标准是一项重要的系统工程 4 自动调节系统 定义 对生产中某些关键性参数进行自动调节 使它们在受到干扰的影响而偏离正常状态时 能自动地调回到规定的的数值范围内 由上可知 自动检测系统只能完成了解生产过程进行情况的任务 信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状态时 采取安全措施 以避免生产事故的发生 自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进行某种周期性操纵 自动控制系统才能自动地排除各种干扰因素对工艺参数的影响 使它们始终保持在预先规定的数值上 保证生产维持在正常或最佳的工艺操作状态 第二节自动调节系统的组成及方框图 人工控制 液位自动控制 自动调节系统的组成 检测器 将某一物理量 如 液位 流量 压力 温度等 转变成标准电信号 调节器 根据变送器信号和工艺需求 算出偏差 经过某种运算发出控制信息 执行器 根据调节器的控制信息 改变阀门开度 调节对象 生产过程中需要调节其工艺参数的生产设备或机器 自动控制系统的组成 5 组成 自动化装置 被控对象 测量元件与变送器 自动控制器 执行器 1 干扰作用f 引起被调参数波动的因素2 被控变量y 一般指生产过程中要保持定值的工艺参数 3 偏差e e x z4 控制器输出信号P5 操纵变量q 6 操纵介质 自动调节系统的方块图 例1 进料的流量 压力等 1 干扰作用f 2 被控变量y 储槽液位 出口阀门流量 4 操纵介质 流过调节阀的流体 5 调节对象 储槽 3 操作变量q 例2 1 调节对象 换热器 2 被控变量y 出口温度 3 操纵介质 蒸汽 4 操纵变量q 蒸汽的流量 5 干扰作用f 进料的流量 温度或蒸汽的温度 压力等 6 通道 对象输入量与输出量之间的信号联系称为通道 调节通道 调节作用q与被控变量y的信号联系 干扰通道 干扰作用f与被控变量y的信号联系 7 反馈把系统的输出信号直接或经过某些环节再返回到输入端的做法叫做反馈 有负反馈 正反馈 负反馈 e X Z能使原来的信号减弱 抑制干扰正反馈 e X Z能使原来的信号增强 偏差进一步扩大 自动控制系统的方块图中信号沿箭头方向前进 最后返回不到启始点 9 闭环系统 自动调节系统的方块图中信号沿箭头方向前进 通过若干环节后 最后又返回到启始点 8 开环系统 第三节自动调节系统的分类 按被调参数分类 液位 温度 流量 压力等调节系统 按调节器具有的调节规律分类 比例 比例积分 比例微分 比例积分微分等调节系统 按给定值的变化分类 定值调节系统 随动调节系统 程序控制调节系统 第四节 自动调节系统的过渡过程和品质指标 1 控制系统静态与动态 静态 被控变量不随时间变化而变化的平衡状态 动态 被控变量随时间而变化 从一个平衡状态回到另一个平衡状态的过渡过程 2 调节系统的过渡过程 1 干扰作用方式阶跃干扰 就是在某一瞬间t0 干扰 即输入量 突然地阶跃式的加到系统上 并继续保持在这个幅度 采用阶跃干扰的优点 这种形式的干扰比较突然 危险 且对被控变量的影响也最大 如果一个控制系统能够有效地克服这种类型的干扰 那么一定能很好地克服比较缓和的干扰 这种干扰的形式简单 容易实现 便于分析 实验和计算 例 非周期衰减过程 被调参数在给定值的某一侧作缓慢变化 没有来回波动 最后稳定在某一数值上 特点 是稳定过程 但调节过程太长 不宜使用 2 阶跃干扰作用下的过渡形式 衰减振荡过程 被调参数上下波动 但振幅逐渐减少 最后稳定在某一数值上 特点 是稳定过程 反应快 迅速抑制干扰 最佳状态 等幅振荡过程 被调参数在给定值附近来回波动 且波动振幅保持不变 特点 属不稳定过程 但在某种情况下可以使用 发散振荡过程 被调参数来回波动 且波动振幅逐渐变大 既离给定值越来越远 特点 属不稳定过程 应尽量避免 3 调节系统的品质指标 1 最大偏差 A 指在过渡过程中 被调参数偏离给定值的最大值 希望小2 超调量 B 是第一个峰值A与新稳定值C之差 即B A C 希望小3 衰减比 B B 是相邻两个峰值的比 即B B 习惯上表示为n 1 一般n取4 10之间为宜 4 余差 C 当过渡过程终了时 被调参数所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差 希望小 但视工艺要求 5 过渡时间t从干扰作用发生的时刻起 直到系统重新建立新的平衡时止 过渡过程所经历的时间叫做过渡时间或调节时间 希望小稳定值的 5 或 2 6 振荡周期 T 或振荡频率过渡过程同向两波峰 或波谷 之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期 振荡周期的倒数称为振荡频率 7 上升时间tr从干扰作用开始至第一个波峰时所需的时间 例某换热器的温度调节系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图 所示 试分别求出最大偏差 余差 衰减比 振荡周期和过渡时间t 上升时间 解 最大偏差 A 230 200 30 余差 C 205 200 5 衰减比 B B 25 5 5 1 振荡周期 T 20 5 15min 过渡时间 200 2 4 t 22min 上升时间 tr 5min 4 影响调节系统过渡过程品质的主要因素 第五节 工艺控制流程图 一 图形符号 连接线 检测点 38 仪表 复式仪表 二 字母代号第一位字母表示被测变量 流量F 温度T 压力P 液位L后继字母表示仪表功能 C调节器 I指示 R记录 T变送 A报警 3 仪表位号用阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部 其第一位数字表示工段号 后续数字 二位或三位数字 表示仪表序号 请在工艺图上标注控制回路 例 小测验 1 调节对象中 调节作用至被调参数的信号联系称 2 下列各项哪些属于自动化仪表的组成部分 A 测量元件与变送器 B 被控设备 C 控制器 D 执行器 3 下列各项中哪一条为定值自动控制系统的主要特点 A 对主要工艺参数进行自动检测和测量 B 关键参数超限的自动报警 C 克服外界干扰 使被控工艺参数保持在规定范围内 D 生产过程的自动投运和停车 4 控制流程图中某仪表字母代号为 TRC 201 说明该仪表功能及特征是什么 5过渡过程品质指标中 余差C表示 A 新稳态值与给定值之差 B 测量值与给定值之差 C 调节参数与被调参数之差 D 超调量与给定值之差6 多数情况下 人们希望自动调节系统在干扰作用下能够得到什么型的过