基于超聲波技術(shù)優(yōu)選最佳原油降粘參數(shù)

孔德晶,徐秋仿,郭澤杰，馮亮,蘇崇勇

（1.東北石油大學，黑龍江大慶163318;2.北京華油聯(lián)合燃氣開發(fā)有限公司,北京100176）

基于超聲波技術(shù)優(yōu)選最佳原油降粘參數(shù)

孔德晶1,徐秋仿1,郭澤杰2,，馮亮1,蘇崇勇1

（1.東北石油大學，黑龍江大慶163318;2.北京華油聯(lián)合燃氣開發(fā)有限公司,北京100176）

目前，我國仍有八成以上的原油需要管道來輸送，而管道長期運行過程中難免會因為原油粘度過大帶來水力摩阻損失、結(jié)蠟等問題，導致原油輸送效率降低，能耗增大。油田管道輸送原油粘度過大的問題已經(jīng)嚴重影響到輸油工作的正常進行，超聲波降粘技術(shù)作為一種新型的綠色環(huán)保技術(shù)越來越受到青睞。為了優(yōu)選對比出超聲波對原油降粘效果達到最佳的功率以及處理時間，設(shè)計了一套模擬超聲波對管輸原油的降粘裝置，模擬不同功率以及不同時間下的超聲波降粘效果實驗。通過實驗數(shù)據(jù)的對比分析，發(fā)現(xiàn)超聲波功率在1.0kW，作用時間為25min時降粘效果最佳。

輸油管道；超聲波；降粘；最佳參數(shù)

目前，我國油田管道輸送的大部分原油都是含蠟原油。含蠟原油具有“三高”的顯著特征，即凝點高、粘度高、密度高。如果管輸原油粘度過大，此時原油呈現(xiàn)出非牛頓流體的特征。如果不在管輸之前對原油進行降粘處理，就會導致輸送過程中的熱處理消耗燃料過多、水力摩阻過大、輸送效率不高、管道內(nèi)壁易結(jié)蠟等諸多問題。隨著綠色環(huán)保理念逐漸深入人心，超聲波除垢技術(shù)作為后起之秀逐漸贏得人們的青睞。但由于超聲波降解技術(shù)能耗過大且容易產(chǎn)生不必要的中間物質(zhì)，其降解效率較低的問題有待進一步的解決。超聲波降粘的原理是利用超聲波的空化作用、機械振動作用及產(chǎn)生的熱量使原油產(chǎn)生高溫、高壓、射流和沖擊波，使決定原油粘度的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)發(fā)生分解和斷鏈，從而降低原油的粘度[1-3]。本文分別對0.5、1.0、1.5kW 3種功率下的超聲波進行降粘效果評估實驗，通過實驗優(yōu)選出超聲波的最佳降粘功率和處理時間。通過實驗不僅可以使超聲波降粘技術(shù)達到“理論指導與實踐相結(jié)合”的效果，而且可以為各大油田的原油降粘技術(shù)提供實踐經(jīng)驗。

1 實驗器材及方案

1.1 實驗器材

定義 1.2 稱隨機變量{X1,…,Xn}為負超可加(negatively superadditive dependence, NSD)隨機變量, 如果存在相互獨立的隨機變量 使得對每個i, 與Xi同分布, 且

KMD-12012超聲波發(fā)生器（功率1500W德國西門子公司）；S30/A25程控水浴（控制精度0.01℃德國哈克公司）；TH2000-Y超聲波換能器（作用距離大于35m，頻帶寬度達到10kHz蘇州海納科技有限公司）；SYD-510G-Ⅱ流變儀（精度0.1℃上海昌吉地質(zhì)儀器公司）。

本次實驗利用超聲波發(fā)生器和超聲波換能器來發(fā)射超聲波，在程控水浴底部采用超聲波換能器來控制超聲波功率。

1.2 實驗方案

根據(jù)2011年國務(wù)院批復(fù)的《全國重要江河湖泊水功能區(qū)劃》，長江流域及西南諸河共劃定了1 521個水功能區(qū)（其中長江流域1 363個、西南諸河1 58個），并根據(jù)每個水功能區(qū)內(nèi)的現(xiàn)狀水質(zhì)和開發(fā)利用程度以及規(guī)劃用水需求確定了每個水功能區(qū)的水質(zhì)管理目標。對于需要保護和嚴格控制開發(fā)的水功能區(qū)，確定了較嚴格的水質(zhì)管理目標；對于要承載開發(fā)利用活動的水功能區(qū)，則以用水水質(zhì)要求做作為管理目標。這些制度體現(xiàn)了水功能區(qū)管理統(tǒng)籌兼顧、分類指導的原則。

（1）將從現(xiàn)場取來的同一口油井產(chǎn)出的原油，將其分為質(zhì)量相等的3份，分別標記為1、2、3號樣本。

總而言之，在習作教學時，教師一定要改變只注重指導，只注重寫作而不重視評改的理念，從評改入手，從多元的評改方式入手，激發(fā)學生修改的興趣，培養(yǎng)他們自我修改的能力，切實提高學生的寫作水平，從而提高學生的語文核心素養(yǎng)。

對問卷中定序和定距題目，共13道題進行項目鑒別度檢驗。各題目的t檢驗結(jié)果均為P<0.01，表明題目的分值差異顯著，具有較強鑒別力。

油樣粘度之所以一開始快速降低，之后逐漸趨于平穩(wěn)，究其原因：在超聲波處理的前期階段，超聲波的機械振動使得原油分子的產(chǎn)生激烈碰撞，從而使得原油分子間的距離增大。微觀表現(xiàn)為分子間的范德華力減小，宏觀表現(xiàn)為粘度降低。但隨著處理時間的延長直至進入后期階段，在同一超聲波功率處理下的油樣溫度趨于穩(wěn)定，不會在因為空化作用繼續(xù)升高油溫，因此，整個體系的活化能逐漸趨于定值。微觀表現(xiàn)為反應(yīng)體系的裂化及縮合反應(yīng)常數(shù)也不會改變了，宏觀表現(xiàn)為粘度趨于穩(wěn)定[7,8]。

（2）將選好的原油樣本裝入與超聲波發(fā)生器相連接的鐵質(zhì)反應(yīng)釜中，將燒杯放入程控水浴中進行實驗前預(yù)處理，設(shè)置程控水浴溫度為70℃，同時開啟超聲波發(fā)生器，利用超聲波產(chǎn)生的高溫高壓和空化作用進行降粘。

將經(jīng)過不同時間處理的油樣粘度數(shù)據(jù)統(tǒng)計好，并且計算出降粘率，將計算結(jié)果繪制成曲線圖，見圖1。

（5）記錄、分析實驗數(shù)據(jù)，并且繪制成圖來進一步觀察實驗結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

從圖2中可以看出，3種功率作用下的油樣粘度變化趨勢基本相同，都是開始迅速降低，后來逐漸趨于穩(wěn)定。對比3條曲線，發(fā)現(xiàn)1.0kW功率下的油樣降粘效果最好?？紤]到發(fā)射超聲波功率過大會增加耗電量，本著最優(yōu)化原則，從節(jié)能降耗的角度考慮，優(yōu)選1.0kW做為超聲波最佳處理功率。

（4）得出最佳處理時間后再次進行實驗，利用超聲波換能器控制作用于1~3號樣本的超聲波頻率分別為0.5、1.0、1.5kW，經(jīng)過30min的超聲波降粘處理，每隔5min取出相同質(zhì)量的油樣放入流變儀中測其粘度，優(yōu)選出超聲波降粘的最佳功率。

圖1油樣降粘速度隨超聲波處理時間的變化曲線Fig.1Curve of oil viscosity reduction speed with ultrasonic treatment time

從圖1可以看出，在超聲波功率為定值的情況下，原油粘度開始隨著超聲波處理時間的增大而顯著降低，當處理時間大于25min之后，原油粘度趨于平緩，沒有顯著的變化趨勢?？紤]到發(fā)射超聲波時間過長會增加耗電量，本著最優(yōu)化原則，從節(jié)能降耗的角度考慮，優(yōu)選25min做為超聲波最佳處理時間。

（3）利用超聲波換能器控制作用于1號樣本的超聲波功率為1.0kW，進行30min的超聲波降粘處理，每隔5min取出相同質(zhì)量的油樣放入流變儀中測其粘度，優(yōu)選出超聲波降粘的最佳處理時間。

德納公司是世界領(lǐng)先的傳動、密封和熱管理技術(shù)供應(yīng)商，其研發(fā)的技術(shù)可顯著提升配備傳統(tǒng)和替代能源動力總成的車輛。德納公司主要服務(wù)于乘用車、商用車和非公路車等三大市場。其在全球擁有 100 多個工程、制造和分銷機構(gòu)，能夠為設(shè)備制造商和售后服務(wù)商提供本地化的產(chǎn)品和服務(wù)支持。德納公司的在華業(yè)務(wù)始于 1991 年，總部位于上海，在全國范圍內(nèi)建立了多個全資、合資工廠及1個技術(shù)中心。

2.2 超聲波降粘的最佳作用功率

將經(jīng)過不同超聲波功率處理的的油樣粘度隨時間變化數(shù)據(jù)統(tǒng)計好，并且計算出降粘率，將計算結(jié)果繪制成曲線圖，見圖2。

圖2不同超聲波功率下油樣降粘速度隨超聲波處理時間的變化曲線Fig.2Curves of viscosity reduction speed with ultrasonic treatment time under different ultrasonic power

2.1 超聲波降粘的最佳處理時間

（2）網(wǎng)絡(luò)爬蟲抓取機制考慮到了專用與通用結(jié)合，在確保包裝及印刷領(lǐng)域信息搜索的同時，盡量滿足了包裝及印刷各工序中多方面的信息查詢需求。

超聲波的空化作用可以產(chǎn)生的高溫、高壓可使原油內(nèi)的重質(zhì)分子鏈發(fā)生裂解，破壞其重質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，從而使得油品粘度降低。一方面超聲波功率的大小直接決定了超聲波空化作用的強弱，超聲波功率越大，原油體系獲得的能量就越大。超聲波空化現(xiàn)象能在微觀上導致原油體系烴類自由基數(shù)量增加，宏觀上導致原油降粘幾率增大，降粘效果明顯。另一方面超聲波功率越大，所產(chǎn)生的機械振動就越強，從而加速裂解芳香烴化合物等重質(zhì)分子鏈，導致分子由聚并變?yōu)榉稚顟B(tài)，從而降低粘度。但功率過大反而降粘效果受到影響，究其原因：功率越大，超聲波產(chǎn)生的溫度越高，從而導致原油體系中水分子蒸發(fā)速度加快。由于分散相水滴急劇減少，這時的油分子之間的接觸表面增大，可能導致油分子之間的摩擦碰撞幾率增加，使得粘度上升[9-12]。

3 結(jié)論

（1）在超聲波功率為1.0kW，作用時間為25min時原油降粘效果最好。

（2）隨著超聲波作用時間的延長，油品粘度先下降后趨于穩(wěn)定。在相同的超聲波時間下，超聲波功率越大，降粘效果越顯著，功率過大則適得其反。因此，在超聲波處理時間相同的情況下可酌情提高功率。

（3）與水熱催化裂解降粘、微生物降粘、磁處理降粘等技術(shù)相比較，水熱催化裂解降粘效果受催化劑影響太大；微生物降粘時微生物對膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分解效率偏低；而磁處理降粘易受磁場影響[4-7]。超聲波降粘技術(shù)有著成熟可靠、受外界影響小等巨大優(yōu)勢，可以作為原油降粘技術(shù)的不二之選。

（4）通過實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)與理論上的分析還存在差距，一方面理論并非“無懈可擊”，可能存在需要多種理論進行彌補的“短板”；另一方面實驗數(shù)據(jù)存在誤差，有些較大的誤差導致與理論值存在較大出入。今后實驗的重點應(yīng)該放在如何最大限度的消除誤差以及豐富理論知識。

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Optimum parameters for viscosity reduction of crude oil based on ultrasonic technology

KONG De-jing1,XU Qiu-fang1,GUO Ze-jie2,FENG Liang1,SU Chong-yong1
（1.Northeast Petroleum Uniuesity,Daqing 163318,China;2.Beijing H|uayou United Gas Development Co.,Ltd.,Beijing 100176,China）

At present,there are still more than 80%of the crude oil needs to be transported by pipeline.In the course of long-term operation of the pipeline,it will inevitably bring about hydraulic friction loss and wax formation,resulting in reduced crude oil transportation efficiency and energy consumption.Big.The problem of oil viscosity in oilfield pipelines has seriously affected the normal work of oil transportation.Ultrasonic viscosity reduction technology is becoming more and more popular as a new type of green environmental protection technology.In order to optimize the power and processing time of ultrasound to reduce oil viscosity,a set of simulative ultrasonic decompression device for pipeline crude oil was designed to simulate the effect of different power and different time.Through the comparative analysis of the experimental data,it was found that the ultrasonic power is 1.0kW and the effect time is 25min.

oil pipeline;ultrasonic wave;viscosity reduction;optimum parameters

TQ83

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170543

2017-02-08

孔德晶（1989-），女，山東省濱州市人，在讀碩士研究生，研究方向：油氣儲運工程。