磁化處理對原油管道防蠟沉積的影響規律研究

許楚榮，蔣文軍，陸燦陽，林土明，鐘光龍

（1. 中國石化茂名石化分公司，廣東 茂名 525011；2. 廣東石油化工學院，廣東 茂名 525011）

原油組分中含蠟一般較高，在管輸中受環境低溫影響，極易形成蠟晶沉積阻塞管道，而采用加熱輸送工藝需要投入巨額成本，且會造成能源浪費和環境問題。近年來，磁處理技術在原油煉化和輸送中防蠟降黏的效果不斷顯現，因此逐漸得到推廣普及[1]。

目前，國內外對磁場作用后的含蠟原油進行了一系列研究論證，在原油防蠟減阻方面產生重大意義[2]。李師瑤[3]利用冷指實驗裝置開展了蠟沉積研究，結果表明磁場在抑制蠟晶和瀝青質析出的同時，也會促進蠟晶瀝青質顆粒聚集。劉艷[4]將強磁防蠟器應用于油井中，數據顯示該強磁防蠟器能夠清防蠟并延長洗井周期。Shi 等[5]則在有、無磁場條件下通過對裝置蠟沉積量進行研究，結果表明弱磁處理也能抑制蠟沉積，同時發現黏附在冷手指上的蠟經過磁處理后更為緊密。

本研究針對原油模擬油，采用控制變量法進行環道蠟沉積實驗，在宏微觀上同時觀測以判斷出最佳磁處理條件，進而探究磁化作用對原油蠟沉積機制的影響，為含蠟原油輸送技術在我國石油工業上的應用提出依據。

1 實驗原料及設備

從實驗安全和效率的角度考慮，所采用的油樣為煤油與固態蠟按質量比5∶ 2 配制的模擬油。

實驗所用到的主要設備部件如表1 所示。磁處理環道裝置利用實驗室現有條件搭建而成，其具體構建步驟如下：

（1）根據齒輪泵位置、水浴箱高度、取樣管與磁處理管段高差等參數搭建長90 cm、寬60 cm、高65 cm 的支撐架，并切割8 個長20 cm 且能夠穩固四腳的支承部件；

（2）安裝過程中生料帶沿外螺紋方向纏緊、多纏；安裝球閥時要注意方向；

（3）箱里注滿水，打開管路各處閥門后再接通電源，啟動齒輪泵對管路系統進行通水試驗，出現漏點后迅速使用馬克筆標記位置，待試水完成再重新安裝漏點處確保環道密封性；

（4）磁處理實驗進行前，在取樣管兩側長1 m平直管道上以8 cm 等間距安裝8 對永磁鐵（如圖1所示）。完成搭建的實驗裝置如圖2 所示。

圖1 磁鐵等距安裝實物圖Fig.1 Physical drawing of equidistant installation of magnet

圖2 磁化實驗裝置簡圖Fig.2 Schematic diagram of magnetization experiment setup

2 實驗方法及過程

2.1 原料油配置

本研究原料油的具體配置步驟如下：

（1）在先稱11 L 煤油質量為9 400 g，按質量比5∶2 稱取3 700 g 固態蠟；

（2）將固態蠟搗碎倒進10 L 不銹鋼油桶，加煤油至液面低于油桶邊沿10 cm 處，把油桶放進溫度設定為80 ℃的恒溫水浴鍋加熱，當水浴溫度升至70 ℃時油桶內的蠟已經完全熔化；

（3）將剩余未加熱但已測定質量的煤油全部使用玻璃漏斗導進塑料油桶，含蠟油也導入塑料桶；

（4）在塑料桶內充分混合模擬油，并在油品凝固前將模擬油導入備用油箱。

實驗過程中由于蒸發及轉移油品會造成部分損耗，配制的模擬油剩存16 L，油品密度為736 kg/ m3。模擬油蠟晶在室溫下處于析出凝結狀態，呈現為細散的微粒，當加熱至30 ℃時蠟晶開始熔解，加熱至40 ℃時蠟晶完全熔解且油品透明清亮。

2.2 實驗步驟

首先，把實驗油箱放進電熱恒溫干燥箱加熱至70 ℃后取出，連接進出口軟管整理管路，打開全部閥門并逐一檢查。接通泵機電源通熱油持續循環1 min，對實驗管道進行清洗。清洗完成后關閉取樣管兩端球閥，卸下取樣管段并回收管中熱油，待取樣管清潔干燥后再接回管道系統中，并使兩端球閥保持關閉狀態。

然后，將恒溫水浴鍋溫度設定為43 ℃或52 ℃，把冰塊分別放入儲物箱及水桶進行16 ℃恒溫控制。此時儲物箱液面應低于取樣管，而當加入水桶中冰水混合物后液面應高于取樣管2cm 以上。待油箱溫度降至44 ℃或53 ℃時，將油箱迅速放進恒溫水浴鍋，連接進出軟管并快速依次打開各處閥門，檢查管道連接準確性。待油箱溫度降到43 ℃或52 ℃時，將水桶中冰水混合物迅速加入儲物箱，連接齒輪泵電源通油持續循環2 min 后關閉電源，斷開電源前需記錄油箱溫度。重復步驟1 清洗管道，保證實驗前取樣管的清潔干燥。

最后，在實驗裝置平直管段以8 cm 為間距安裝磁鐵，并保證磁場與油流方向的合向量大小相等且方向相同。探究磁處理對蠟沉積的影響，重復進行上述步驟。本研究中將經過磁場作用的油樣定義為實驗組；將經相同溫度但不進行磁處理的油樣定義為對照 組。

3 實驗結果與討論

3.1 實驗數據記錄

取樣管的蠟沉積現象明顯。由于實驗結束后取樣管中仍留存高溫熱油，在進行拆卸時受重力作用流出的熱油溶解部分沉積蠟，造成管內蠟沉積層厚度分布不均勻，因此以測量沉積層最大厚度為準。相關實驗數據如表2 所示。

表2 實驗數據記錄表Table 2 Experimental data record sheet

3.2 溫度對蠟沉積的影響

由表2 可以看出，在水浴溫度恒為16 ℃的條件下，隨著出站溫度的升高，對照樣品獲取的沉積蠟質量由33.48 g 降至26.51 g，蠟沉積層最大厚度從6.1 mm 減至5.6 mm；實驗樣品獲取的沉積蠟質量由29.60 g 降至22.41 g，蠟沉積層最大厚度從4.8 mm減至4.4 mm。其原因是油溫升高會促進蠟核形成，致使晶核數目不斷增多。

在給定的溫度條件下，溶液中的析蠟量保持不變，所以蠟核的增多必然會降低蠟晶的顆粒尺寸，并提高晶粒的分散度，形成小而彌散的蠟晶[6]。細微的晶粒不易形成空間網絡架構結附在管壁上，所以提高油流溫度能有效降低管道蠟沉積。因此，在外界溫度一定時，管道內油溫升高會引起管內外溫差增大，從而導致蠟沉積減少。但在冷卻液溫度相同的條件下，隨著油溫升高，蠟沉積中高碳數組分會增多，而高碳數組分的含量決定了蠟沉積的軟硬度，因此在實際管輸中，油溫并非越高越好[7]。

3.3 磁場對蠟沉積的影響

由表2 同樣可以看出，在其他實驗條件相同時，出口溫度為43 ℃的對照樣品與實驗樣品相比，所獲取的沉積蠟質量由33.48 g 降至29.60 g，蠟沉積層最大厚度從6.1 mm 減至4.8 mm；出溫度為52 ℃的對照y與實驗相比，所獲取的沉積蠟質量由26.51 g 降至22.41 g，蠟沉積層最大厚度從5.6 mm 減至4.4 mm。

上述結果產生的原因是磁場也會促進蠟核的生長，從而形成更多數量的蠟晶[8]。這進一步增大了蠟晶微粒的分散度，致使模擬油中晶粒的分布更趨于均勻穩定。磁場作用使得蠟晶不會在某一溫度區間內大量析出，且析出的細小蠟晶易被油流沖走，不會在管壁迅速形成蠟晶網狀結構，從而達到防止蠟沉積堵塞管道的效果。因此，在其他條件相同時，磁化輸送也能減少管道內出現的蠟沉積現象。但磁處理效果并不是與磁場強度成簡單的線性關系，也不是磁場強度越大，處理效果越好。

4 結論

通過上述研究可以得到結論：增大溫差與磁處理都能提高蠟晶的形核速率，致使蠟晶顆粒在油流中進一步擴散，導致微晶粒在管壁上難以形成網絡結構，從而減小了管道內壁發生蠟沉積的可能。但兩組變量存在最優極值，過度改變溫度及磁化強度將不利于管道輸送效率，需要根據實際工況進行優化處理。

研究配制的模擬油各項理化性質與原油差異較大，僅驗證了磁處理有益于含蠟原油輸送技術的發展。同時，本實驗變量梯度大，且變量較少，實驗結果不能代表變量條件下蠟沉積的整體變化趨勢。