大口径氢气长输管道投产混气规律研究

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作者 王艺 刘洋 薛文第 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期88-95,共8页

为解决工程实践中对于氢气管道的投产混气规律认识不明而带来的投产安全性问题,对大口径长输氢气管道投产中的气体置换规律开展先导性研究,建立氢气管道投产模型并验证模型的可靠性,探究置换速度和管道倾角对混气发展的影响规律。研究... 为解决工程实践中对于氢气管道的投产混气规律认识不明而带来的投产安全性问题,对大口径长输氢气管道投产中的气体置换规律开展先导性研究,建立氢气管道投产模型并验证模型的可靠性,探究置换速度和管道倾角对混气发展的影响规律。研究结果表明:根据混气特征和增长速率,混气过程可分为3个阶段;氢气管道的投产置换速度须明显高于天然气投产相关规范中规定的置换速度以确保混气安全性;水平管道相较于倾斜管道混气段更长,氮气用量更大,因此在实际工程中由水平管道所预测的混气量是最安全的。研究结果可为长输氢气管道投产的安全操作提供一定的理论建议,为氢气管道安全建设的相关标准体系提供参考。 展开更多

关键词 氢气管道 投产安全 数值模拟 混气规律

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基于文丘里管的天然气掺氢流动规律研究

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作者 何银博 孙恒 +5 位作者 刘楚茹 张姝 王飞 郑国婷 王一凡 卢钰铜 《低碳化学与化工》 北大核心 2025年第7期136-144,共9页

利用现役的天然气管道掺氢混输,是实现氢气大规模、长距离和低成本储运的有效方法。开发高效便捷的掺氢设备,增大天然气和氢气的掺混均匀度,有利于提高氢气输送效率、保障管道长距离输送及下游用气安全。利用文丘里管作为掺氢设备,用甲... 利用现役的天然气管道掺氢混输,是实现氢气大规模、长距离和低成本储运的有效方法。开发高效便捷的掺氢设备,增大天然气和氢气的掺混均匀度,有利于提高氢气输送效率、保障管道长距离输送及下游用气安全。利用文丘里管作为掺氢设备,用甲烷替代天然气,将甲烷和氢气进行掺混,采用数值模拟的方法,研究了不同的掺混结构和工况对甲烷和氢气掺混流动过程及掺混均匀度的影响。结果表明,在T型管道后添加文丘里管可以增大掺混均匀度。在模拟工况下,当管喉比(文丘里管喉管段与直管段直径比)为1/3时,掺混效果最好;当掺氢比(氢气与甲烷的质量分数比)为15%时,掺混效果最好,掺混均匀度随着掺氢比的增大而增大。与静态掺混器相比,即使甲烷流速较小,添加了文丘里管的管道内仍可保持较大的掺混均匀度。运行压力越小,掺混均匀度波动越小,掺混过程更稳定。 展开更多

关键词 天然气掺氢 文丘里管 掺混均匀度 掺氢比 流体流动规律

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高架火炬掺氢燃烧热辐射模拟研究 被引量：2

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作者 孙恒 高小雨 +1 位作者 刘楚茹 耿金亮 《石油与天然气化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期46-53,共8页

目的天然气掺氢后燃烧特性会发生改变,因此,有必要对掺氢天然气热放空过程进行研究,以确定掺氢输送条件下原有高架火炬适用的工况条件,从而确保天然气管输系统在掺氢输送时的安全。方法结合掺氢燃烧实验和CFD数值模拟,研究掺氢(摩尔分数... 目的天然气掺氢后燃烧特性会发生改变,因此,有必要对掺氢天然气热放空过程进行研究,以确定掺氢输送条件下原有高架火炬适用的工况条件,从而确保天然气管输系统在掺氢输送时的安全。方法结合掺氢燃烧实验和CFD数值模拟,研究掺氢(摩尔分数0~20%)天然气进行扩散燃烧时燃烧特性及热辐射半径变化情况,揭示掺氢对燃烧热辐射半径的影响机理,明确API STD 521—2014《泄压和减压系统》中热辐射半径解析模型可用于掺氢天然气的计算。结果在等体积流量下,掺氢减小了热释放量从而减短了火焰长度,而在侧风作用下的火焰倾斜角几乎不变,因此缩小了热辐射半径;在等质量流量下,掺氢增加了热释放量从而增长了火焰长度,而火焰倾斜角变大,使得热辐射半径变化极小。同时,风速增大会导致热辐射半径扩大。结论在安全热辐射半径不变的前提下,按体积流量计算,掺氢条件下最多可提高19%~23%体积流量的放空量,火炬系统的排放效率有所提高;按质量流量计算,掺氢条件下高架火炬的质量流量放空量与掺氢前相比几乎保持不变。 展开更多

关键词 高架火炬 掺氢 天然气 热辐射 CFD 火焰倾斜角

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逆断层作用下碳纤维预增强管道应变响应研究 被引量：3

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作者 孔天威 刘啸奔 +4 位作者 黄微 刘城其 张东 张进 张宏 《石油机械》 北大核心 2023年第6期127-135,共9页

为了研究碳纤维复合材料(CFRP)对逆断层作用下埋地管道力学响应行为的影响,基于ABAQUS建立了三维逆断层作用下碳纤维预增强埋地管道数值仿真模型。采用基于应变的评价准则,研究了不同CFRP缠裹厚度、长度和角度对管道力学响应行为的影响... 为了研究碳纤维复合材料(CFRP)对逆断层作用下埋地管道力学响应行为的影响,基于ABAQUS建立了三维逆断层作用下碳纤维预增强埋地管道数值仿真模型。采用基于应变的评价准则,研究了不同CFRP缠裹厚度、长度和角度对管道力学响应行为的影响。研究结果表明:对于无CFRP缠裹管道,随着断层位移的增加,上盘处管道率先发生应变突变,但变化程度低于下盘处管道;缠裹10 mm厚的CFRP就能够较大程度地增强管道抵抗断层位移的能力,降低管道轴向应变值;缠裹长度对管道屈曲位置有较大影响,缠裹角度对屈曲位置影响较小,但较小的缠裹角度更有利于增加管道抵抗断层位移的能力;在实际穿越断层的油气管道工程中,可以在断层面附近处的管道缠裹CFRP,缠裹厚度可取20 mm,缠裹长度在断层面两端宜大于20 m,缠裹角度取较小值15°。所得结果可为工程设计及现场施工提供参考。 展开更多

关键词 埋地管道 碳纤维预增强管道 逆断层 力学响应 有限元分析 屈曲失效

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天然气管线计划性放空回收数值仿真模拟 被引量：1

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作者 左丽丽 王珑云佳 +7 位作者 雷宏峰 孙恒 潘彪 田望 郭宇飞 孙晓阳 吴晓飞 郝千千 《天然气工业》 北大核心 2025年第1期175-186,共12页

天然气中甲烷的温室效应强度远高于二氧化碳,消除或减少输气管线放空作业中的天然气排放对实现双碳目标具有重要意义。为此,针对需计划性放空的输气管线,分别对采用下游压气站离心压缩机和移动式往复压缩机的2种天然气回收过程以及传统... 天然气中甲烷的温室效应强度远高于二氧化碳,消除或减少输气管线放空作业中的天然气排放对实现双碳目标具有重要意义。为此,针对需计划性放空的输气管线,分别对采用下游压气站离心压缩机和移动式往复压缩机的2种天然气回收过程以及传统冷放空过程建立了瞬态仿真模型,并对放空回收所需总时间、放空气量、回收气量等参数进行了对比分析。研究结果表明:(1)采用隐式中心差分法求解这些模型,获得的回收时长、排放时长、回收气量、排放气量等参数与相应的TGNET软件仿真结果及放空过程实际数据的偏差均在±8%以内;(2)针对放空气回收过程的仿真模型,离心压缩机和往复压缩机需要考虑进行边界条件的转换;在放空过程的模拟中,需要考虑立管出口处压力和流速边界条件的转换;(3)针对输气管线计划性放空提出了3种天然气回收方案,其中方案1利用下游压气站的离心压缩机,方案2利用移动式往复压缩机,方案3为方案1和方案2的组合,即先用下游压气站的离心压缩机进行回收,当其进口压力降至允许最低值时,再切换至移动式往复式压缩机继续回收过程。结论认为:(1)方案1的回收时长最短但回收率最低,方案2的情况刚好相反,而方案3的回收率与方案2相近但回收时长介于方案1和方案2之间;(2)针对阀室间管线放空气回收方案的选择,离心压缩机与往复式压缩机结合进行回收的方案,可同时兼顾回收时长和回收效率,具有较好的经济性和可行性,因而具有较好的综合效果。 展开更多

关键词 输气管线 放空 天然气回收 瞬态仿真 压缩机 方案优化

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基于LNG冷能的CO_(2)液化提纯及发电工艺设计与优化 被引量：1

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作者 龚文政 王飞 +5 位作者 王荧光 梁勇 孙恒 郑达 王妍静 史博会 《石油与天然气化工》 北大核心 2025年第1期38-44,共7页

目的为了生产可直接用于工业制造及食品加工的高纯度CO_(2),提出了一种利用LNG冷能液化提纯CO_(2)及发电的新工艺。方法使用HYSYS软件对不同循环工质及不同的运行参数进行模拟,分析了循环工质对CO_(2)液化量和朗肯循环发电功率的影响,... 目的为了生产可直接用于工业制造及食品加工的高纯度CO_(2),提出了一种利用LNG冷能液化提纯CO_(2)及发电的新工艺。方法使用HYSYS软件对不同循环工质及不同的运行参数进行模拟,分析了循环工质对CO_(2)液化量和朗肯循环发电功率的影响,并以产品能耗为标准,对精馏塔参数进行了优化。结果当两级循环工质为纯工质时,丙烯+乙烯的组分搭配液化量和发电功率最大,分别为377900 kg/h,2284 kW;当循环工质为混合物时,该工艺液化量和发电功率明显高于纯工质的情况,且在第一级循环中混合工质乙烷与丙烯物质的量比为9.0∶1.0、第二级循环中混合工质甲烷、乙烯与丙烯物质的量比为2.0∶6.0∶2.0的情况下,液化量和发电功率最大,分别为386200 kg/h,3042 kW;合适的精馏塔塔板数为30块,进料位置为第10块塔板处,回流比为0.6。结论经与单级朗肯循环等其他工艺相比,双级朗肯循环工艺的CO_(2)液化率及?效率高,同时可将LNG冷能转换为电能并生产高纯度的液态CO_(2)产品,用于LNG接收站冷能利用模块。 展开更多

关键词 LNG 冷能利用 CO_(2)液化 提纯 朗肯循环 工质优选

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LNG接收站与天然气管网协同运行优化策略 被引量：2

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作者 卓海森 赵思睿 +4 位作者 孙博 侯浩远 董龙伟 崔婧 左丽丽 《石油机械》 北大核心 2025年第1期135-142,共8页

随着天然气管网互联互通一体化格局的形成,各资源和市场纳入管网系统统一调度运营。基于LNG资源入网后存在站场和已有管道间压力匹配以及多资源间的气量协调问题,针对冬季保供期某LNG资源聚集区域,借助TGNET软件建立LNG接收站与天然气... 随着天然气管网互联互通一体化格局的形成,各资源和市场纳入管网系统统一调度运营。基于LNG资源入网后存在站场和已有管道间压力匹配以及多资源间的气量协调问题,针对冬季保供期某LNG资源聚集区域,借助TGNET软件建立LNG接收站与天然气管网协同运行仿真模型,研究不同边界条件下管网系统多资源调度供气方案,并重点针对可控的LNG资源,从管输费、能耗费以及总利润等角度开展了不同接收站间气量匹配方案的经济性比选。结合经济比选及方案模拟结果,提出了LNG资源入网供气能力提升的优化手段。研究结果表明:外输管道较长、管径小、沿线分输量小是制约LNG接收站气化能力释放的关键因素,通过增设压气站和增设复线2个优化手段可充分释放接收站气化能力,以此提升管网整体运行压力和输送能力。研究成果对冬供期天然气管网多资源以及各接收站间的调度管理具有一定的指导意义,所形成的LNG接收站与天然气管网的协同运行优化机制可为下游用户提供充足的供气保障,实现LNG接收站与天然气管网一体化高效运行。 展开更多

关键词 LNG接收站 互联互通 天然气管网 协同运行优化 压气站 阶梯气量 冬季保供

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含醇类抑制剂体系天然气水合物生成条件预测

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作者 赵迎 杜凡夕 +6 位作者 宰芸 陈好奇 史潇航 史博会 吴海浩 宫敬 宋尚飞 《化学工程》 北大核心 2025年第1期78-83,共6页

工程上常采用向井口或管内注入甲醇或乙二醇抑制剂来防治水合物生成,含醇组分使液相的理想性增强,进而水合物生成条件预测难度加大。基于Chen-Guo水合物模型,结合PR状态方程与多相闪蒸算法计算各相组分分布及客体分子逸度,采用UNIQUAC... 工程上常采用向井口或管内注入甲醇或乙二醇抑制剂来防治水合物生成,含醇组分使液相的理想性增强,进而水合物生成条件预测难度加大。基于Chen-Guo水合物模型,结合PR状态方程与多相闪蒸算法计算各相组分分布及客体分子逸度,采用UNIQUAC模型改进水相活度计算方式,建立含醇类抑制剂体系水合物生成条件预测模型,以期提升含醇体系水合物相平衡条件预测精度。采用单组分、二元组分和多元天然气组分的水合物生成实验数据对比,以验证模型预测的准确性。同时与工程上常用商业软件PVTsim的水合物生成条件模拟结果进行对比。结果表明:所建立的模型预测平均相对误差在1.32%以内,且模型计算结果优于PVTsim。该模型可准确预测含醇类抑制剂体系水合物生成条件,也为水合物注剂防治方案制定提供可靠的理论依据。 展开更多

关键词 天然气水合物 热力学抑制剂 Chen-Guo水合物模型 生成条件

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基于吸附法的放空气回收工艺模拟与优化

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作者 潘彪 代龙宇 +3 位作者 孙晓阳 孙恒 左丽丽 桑海博 《石油化工》 北大核心 2025年第3期395-402,共8页

针对站场天然气的放空回收问题,设计了可回收5000 m^(3)放空气的吸附法放空回收工艺,并基于Aspen HYSYS和Aspen Adsorption软件建立了放空气吸附回收过程的仿真模型。通过对吸附回收过程的仿真模拟,完成了吸附回收-解吸利用的全过程动... 针对站场天然气的放空回收问题,设计了可回收5000 m^(3)放空气的吸附法放空回收工艺,并基于Aspen HYSYS和Aspen Adsorption软件建立了放空气吸附回收过程的仿真模型。通过对吸附回收过程的仿真模拟,完成了吸附回收-解吸利用的全过程动态模拟,得到了吸附床层内单位吸附量的变化,并对吸附法放空回收的工艺性能进行了评估。计算了不同操作条件下的回收时间、能耗和回收率,从工程实际的角度分析环境温度下储存量和吸附热管理的问题,吸附法回收单位气体的平均能耗为0.275(kW·h)/kg,吸附罐内最高温度为328 K,在9.6 min回收时间可实现高达87.1%的回收率,适用于小排量放空天然气回收过程。 展开更多

关键词 吸附法 放空气回收 动态模拟

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耦合吸收式制冷系统氢液化工艺设计与优化

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作者 耿金亮 孙恒 +3 位作者 荣海伦 李昊 王泽鑫 王翔远 《石油与天然气化工》 北大核心 2025年第3期64-71,共8页

目的 为降低氢液化工艺的比能耗(SEC),设计了一种混合制冷剂预冷、双压Claude循环过冷的氢液化工艺,不仅引入太阳能吸收式制冷系统降低工艺的SEC,而且还设计了制冷剂在不同压力下制冷以提高制冷效率。方法 使用HYSYS软件和粒子群优化算... 目的 为降低氢液化工艺的比能耗(SEC),设计了一种混合制冷剂预冷、双压Claude循环过冷的氢液化工艺,不仅引入太阳能吸收式制冷系统降低工艺的SEC,而且还设计了制冷剂在不同压力下制冷以提高制冷效率。方法 使用HYSYS软件和粒子群优化算法对工艺进行模拟和优化,并对工艺进行能量分析、换热分析和(火用)分析。结果 优化后工艺的SEC为5.676 9 kW·h/kg,比优化前降低14.89%;(火用)效率为56.04%,比优化前提高19.28%,表明优化后工艺能效显著提升。此外,工艺总的(火用)损失为69 496 kW,比优化前降低18.04%。结论 与其他液化工艺相比,设计的氢液化工艺不仅具有较高的液化性能,而且还能提高可再生能源的利用率,符合氢液化工艺的发展趋势。 展开更多

关键词 混合制冷剂 氢液化工艺 液氢 粒子群优化算法 比能耗 吸收式制冷系统

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高钢级管道焊缝材料应力应变本构关系确定方法 被引量：3

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作者 张东 刘啸奔 +4 位作者 孔天威 杨悦 武学健 吴锴 张宏 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第17期2106-2114,共9页

高钢级管道环焊缝作为油气管道关键薄弱环节一直受到工程界与科研界的关注,它作为一种典型的焊接结构具有明显的非均质性,这会导致环焊缝材料轴向力学性能无法准确测试,严重影响管道环焊缝安全评价的准确性。基于MATLAB-PYTHON-ABAQUS... 高钢级管道环焊缝作为油气管道关键薄弱环节一直受到工程界与科研界的关注,它作为一种典型的焊接结构具有明显的非均质性,这会导致环焊缝材料轴向力学性能无法准确测试,严重影响管道环焊缝安全评价的准确性。基于MATLAB-PYTHON-ABAQUS联合仿真提出了一种高钢级管道焊缝区材料应力应变本构关系优化反演方法。开展了4组不同缺口尺寸的单轴拉伸试验,得到了各试样的载荷位移曲线;利用贝叶斯正则化反向传播(BRBP)神经网络与灰狼优化算法(GWO)得到了焊缝区材料真实应力应变本构关系,并通过试验数据充分验证了本构关系的准确性,结果表明相对误差小于1%。所提出的反演思路同样适用于均质金属材料大应变范围应力应变曲线的测定。该反演方法的提出可为高钢级管道环焊缝安全评价提供准确的应力应变本构关系及强度匹配关系,进一步保障了油气管道的安全运行。 展开更多

关键词 缺口圆棒拉伸试验 应力应变本构关系 贝叶斯正则化反向传播神经网络 灰狼优化算法 优化反演

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LNG储罐BOG气体三塔-氮膨胀法低温提氦工艺设计与模拟优化

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作者 阎凤元 郑国婷 +3 位作者 孙恒 代龙宇 郑恒飞 徐嘉明 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2024年第11期133-140,共8页

液化天然气(LNG)储罐产生的蒸发气(BOG)中氦气含量较高,故可以BOG为原料提纯氦气。传统两塔-膨胀制冷提氦工艺分离效率不高,生产的氦气产品浓度有限。为此提出了三塔-氮膨胀法低温提氦工艺,并利用HYSYS软件进行了模拟和优化。结果表明,... 液化天然气(LNG)储罐产生的蒸发气(BOG)中氦气含量较高,故可以BOG为原料提纯氦气。传统两塔-膨胀制冷提氦工艺分离效率不高,生产的氦气产品浓度有限。为此提出了三塔-氮膨胀法低温提氦工艺,并利用HYSYS软件进行了模拟和优化。结果表明,三塔-氮膨胀法低温提氦工艺在LNG液化率、氦气产品浓度和氦气回收率等指标上明显优于传统两塔-膨胀制冷提氦工艺。三塔-氮膨胀法低温提氦工艺经过进一步优化,可在总能耗少量增加的条件下,使氦气产品浓度(物质的量分数)达到95.60%,氦气回收率达到99.99%。该工艺仅采用低温精馏即得到了高回收率高浓度的氦气,综合性能优势明显。 展开更多

关键词 BOG 提氦 氮膨胀 三塔工艺

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LNG预冷的新型氢液化工艺设计与优化 被引量：5

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作者 孙恒 徐嘉明 +4 位作者 王超 耿金亮 荣广新 杨大聪 高小雨 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2023年第6期134-141,149,共9页

液氢能量密度高、运输效率高,成为了氢规模化储运的重要方式。为降低氢液化工艺能耗,提高效率,以双混合制冷剂的氢液化工艺为基础,提出了一种LNG预冷的新型氢液化工艺。该工艺利用LNG冷能预冷,通过混合制冷剂布雷顿循环进行深冷,深冷段... 液氢能量密度高、运输效率高,成为了氢规模化储运的重要方式。为降低氢液化工艺能耗,提高效率,以双混合制冷剂的氢液化工艺为基础,提出了一种LNG预冷的新型氢液化工艺。该工艺利用LNG冷能预冷,通过混合制冷剂布雷顿循环进行深冷,深冷段采用了四级压缩、三级膨胀和三级正仲氢转化。采用Aspen HYSYS软件对工艺进行了模拟,并利用粒子群算法进行了优化。结果表明,优化后工艺的比能耗可达5.263 kW·h/kg,㶲效率可达58.18%,优于大部分已知氢液化工艺系统。该工艺流程相对简单,能耗低、效率高,可为氢液化工艺的设计和改进提供新的思路,同时拓展了沿海LNG接收站LNG冷能回收利用的新途径。 展开更多

关键词 LNG冷能 氢液化 粒子群算法 工艺优化

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高压电场作用下含蜡原油中带电胶粒与蜡晶作用机制 被引量：3

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作者 谢意蔚 李鸿英 +4 位作者 黄文丽 苏杨 黄骞 韩善鹏 张劲军 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期149-156,共8页

电场改性是一种新兴的含蜡原油改性方法,带电胶粒(胶质、沥青质)在电场作用下聚集于蜡晶表面是其主要机制。为明确带电胶粒与蜡晶的作用机制,选取电场降黏效果差异显著的两种含蜡原油,测试并分析电场作用前后油样的表观黏度、阻抗以及... 电场改性是一种新兴的含蜡原油改性方法,带电胶粒(胶质、沥青质)在电场作用下聚集于蜡晶表面是其主要机制。为明确带电胶粒与蜡晶的作用机制,选取电场降黏效果差异显著的两种含蜡原油,测试并分析电场作用前后油样的表观黏度、阻抗以及蜡晶晶胞参数。结果表明:电场作用后降黏效果显著的1#原油阻抗上升,但作用温度下蜡晶晶胞参数不变,再降温至2℃后,蜡晶晶胞参数变化显著;对于无降黏效果的2#原油,电场作用后其阻抗不变,降温后的蜡晶晶胞参数也没有变化;电场作用下含蜡原油中的带电胶粒吸附于蜡晶表面,是电场发挥降黏效果的必要条件;部分含蜡原油中带电胶粒自缔合从而无法在电场作用下吸附于蜡晶表面,是该类原油不具有电场降黏效果的原因。 展开更多

关键词 含蜡原油 电流变效应 蜡晶 带电胶粒 机制

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