集输管线、车载（节能型）

复合 智能 降凝 降粘 系统

l 原理概述：

集输管线或海上采油平台用原油发电机组，因原油的粘度较高，接近凝点，易造成效率降低、检修工作量增大等问题。特提出了以环保型的物理方式降低其粘度，凝度，本设计为此目的推荐采用现代科学技术和大量试验之效果的电磁（永磁）、超声、微波多级的集合技术。分解描述如下：

一、微波

微波降粘是利用微波的热效应和非热效应对稠油进行降粘的方法，即利用材料内部耗散将损耗能转变成热能以及使胶团局部过热导致大分子断裂为小分子的过程达到降粘目的 ，其降粘机理可能为：利用材料内部耗散将损耗能转变成热能以及使胶团局部过热导致大分子断裂为小分子的过程达到降粘目的。因此微波法可对稠油进行改性，改变稠油的化学组分，不可逆地改善了稠油的流变性，是一种比较理想的降粘方法，可以达到快速降粘的目的。通过前人对微波具有的体加热以及微波能使烃类中的大分子产生共振并发生断裂特点的研究，发现将微波应用到稠油降粘当中是可行的。

微波反应装置频率为２４５０ＭＨｚ ，功率范围是０～１０ｋＷ。

二、超声波

我们十余年潜心研究，针对国内热交换系统的特点研制出了新一代的超声波防蜡除垢降粘装置，其的区别是换能器采用的是金属换能器，此种金属在强激磁电流的作用下金属格式发生变化，产生收缩震荡。由于金属换能器能直接安装在需要降粘的容器设备表面，因此其震荡除了可以在流体中传播外还可以在管道壁上传播，而超声波在金属中的传播损耗是非常小的，所以这类产品的效率较以前的产品有很大的提高，防蜡除垢降粘效果。

工作原理：超声波防蜡除垢降粘器主要是利用超声波强声场处理流体，使流体中成蜡垢和粘度物质在超声场作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成阻力。超声波的防蜡除垢降粘机理主要表现在：

    1“空化”效应：超声波的辐射能对被处理液体介质直接产生大量的空穴和气泡，也就是把液体拉裂而形成无数极微小的局部空穴，当这些空穴和气泡破裂或互相挤压时，产生一定范围的强大的压力峰，这一强压力峰能使成蜡垢物质粉碎悬浮于液体介质中，大大提高了原油的流动性，并使已生成的蜡垢层破碎使其易于脱落。

    2 “活化”效应：超声波在液体介质中通过空化作用，能提高流动液体物质的活性，增大被水油分子包裹着的成蜡垢物质微晶核的释放，破坏蜡垢类生成和在管壁沉积的条件，使成蜡垢物质在液体中形成分散沉积体而不在管壁上形成硬斑。 

    3“剪切”效应：由于超声波辐射在蜡垢层、管壁上、加热管上的吸收和传播速度不同，产生速度差，形成蜡垢层与管壁界面上的相对剪切力，从而导致蜡垢层产生疲劳而松脱。

    4“抑制”效应：通过超声波的作用，改变了液体主体的物理化学性质，缩短了成蜡垢物质的成核诱导期，刺激了微小晶核的生成。新生成的这些微小晶核，由于体积小、质量轻、比表面积大，悬浮于液体中，生成比壁面大得多的界面，有很强的争夺水中离子的能力，能抑制离子在壁面处的成核和长大，让既定结构的晶粒长大，因此减少了粘附于换热面上成蜡垢离子的数量，从而也就减小了积蜡垢的沉积速率，流动活性提高，粘度降低。

    此处理设备的基本工作原理是在磁性变换器的帮助下把控制器电子脉冲的电能转换成机械能。控制器可产生频率为14.5KHz-19.8KHz（超声波频率）的电脉冲，再由此脉冲驱动磁性变换器产生震动，此震动作用在流体及管壁上，达到除垢、防蜡除垢降粘的作用。控制器包括主电路和控制电路两部分，主电路部分主要器件是晶闸管或IGBT等电力电子器件，控制部分由大规模集成电路构成。磁性变换器是由一种能够产生磁共振的新型磁致伸缩材料“Дифераль”制成，此磁致伸缩材料在机械作用下具有很大的牢固性，并且具有相同的560℃居里点，此材料的生产技术已达到俄罗斯目前的水平。

三、电磁（电磁或 永磁）

通过大量的室内实验，并且结合现有理论对实验结果进行分析，总结出了石蜡沉积的规律以及磁防蜡降粘的规律：(1)原油的粘度受油组分、温度、含水量、气相等因素的影响；磁处理可以延缓因温度下降而导致的原油粘度的升高；在相同磁处理条件下，不同油样的磁处理效果不同。(2)原油经过磁处理后，能够保持一定时间的降粘效果。在一定的磁处理强度范围内，磁处理强度越大，降粘效果越好；磁处理时间越长，磁化效果的保持时间越长。(3)原油的磁降粘效果受磁处理频率的影响，而磁处理频率的值受油质的影响。(4)磁处理对原油性质的改变是不可逆的，即经过磁处理后的原油不能回到未处理前的状态。

原油在采出过程中,随着温度的不断降低,石蜡分子随之不断析出并聚集,逐步形成蜡晶体，粒子的大小可视为胶体。磁场处理对蜡胶体粒子表面双电层起到促成作用，使原来的蜡胶体粒子不断形成的同时又不断消灭，保持一定的稳定性，从而防止了蜡胶体粒子的连续形成，达到防蜡的目的。

（1）磁处理对原油结构的影响 由于蜡晶胶粒本身的性质，在总势能曲线上有较深的第二最小值存在。在外磁场作用下，蜡晶胶粒间的范德华引力势能的增加导致蜡晶胶粒的聚结在和第二最小值处同时发生。蜡晶胶粒在最小值处聚结生成结构致密的大蜡晶，但是在聚结速率较大的条件下，生成的大蜡晶结构与蜡晶胶粒在第二最小值处聚结所生成的蜡晶聚集体有相似之处，蜡晶间距较大，吸引力不强，蜡晶聚集体内部仍吸附有少量的轻馏分油。因此，磁处理后原油中的蜡晶呈疏松的网状结构。

（2）磁处理的降粘及防蜡作用 原油粘度的大小跟原油所含轻馏分油的浓度有关。磁处理前原油中蜡晶胶粒体积小，比表面积大，有较多的轻馏分油吸附在表面，因而连续相中游离的轻馏分油浓度较低，原油粘度大。而磁处理后原油中蜡晶胶粒聚结形成为大的蜡晶或蜡晶聚集体，将吸附的轻馏分油或部分的释放出来，从而增加了连续相中轻馏分油的浓度，降低了原油的粘度。由于蜡晶胶粒的聚结长大发生在原油内部降低了蜡晶胶粒的浓度，避免了过多的蜡晶胶粒在管壁上的吸附聚结生长,因此产生了防蜡降粘的效果。

磁致分子取向排列论 ：原油在输送过程中，随着温度、压力、流动速度、气相等条件的变化，液相的蜡质将会以固相颗粒的形式从原油中析出，对原油的流动产生阻碍作用，从而使得原油的粘度变大。在呈层流状态的油流中，或者在呈湍流状态的油流的边界层内，存在一个速度梯度场。在速度梯度场内，悬浮于油流中的蜡晶粒子，除了沿流线方向运动外，在油流的剪切作用下，还存在一个旋转运动（图 2-3）。这个旋转运动会使蜡晶颗粒逐渐从速度高处向速度低处流动，即向管壁靠拢，这就导致其线速度和旋转速度迅速减小，最终在壁面处停止不动，并借助分子间的范德华引力沉积于管壁和不流动油层上。

磁场使分子取向排列理论认为：当原油流过磁场时，磁场对原油中的蜡质分子以及已结晶的蜡质悬浮晶体的运动产生了一定的影响，使得蜡质分子和悬浮颗粒在输油管路中作有序流动，

这种有序流动对防止石蜡的沉积起到很大的作用，主要原因如下：

（1）有序流动使蜡分子所受的因管道中液体的速度梯度产生的转矩减小，蜡分子被推到输油管壁上的机会减少，这样就减少了蜡质在管壁上的沉积，也减少了管壁上沉积的蜡质对原油流动的阻力。

（2）有序流动使原油中蜡质结晶时的核化速率大于蜡质晶体的长大速率。这是由于蜡质分子相互联结的机会减少，使蜡晶颗粒的长大受到限制。悬浮在原油中的细小蜡质颗粒被油流带走，不会产生沉积现象。

（3）由于管道边缘与中部流速的差异，这种有序流动降低了原油中分子和固相颗粒转动的可能性，对原油粘度的降低一起到了一定的作用。

0~10A、磁场强度在 0~55mT 范围内可调。能产生频率为 0~2000 KHz 的直流脉动磁场或者交变磁场。

机械式的螺旋渐进方式。增加旋流功能，旋转行进的原油，水份会紧靠管壁旋流，另磁场隔离层抑制管壁蜡的结晶。

四、第四部分

汇流降粘升级系统

恒定的压力全自动系统。

具体设计

一、 用途:用于石油生产、运输等系统，该装置专为原油发电机降粘设计；

二、 作用：降低原油粘度，减少蜡的沉积

三、 功能复合：超声波、扫频电磁场、微波、磁能机械振动等；压力调节系统。

四、 总功率：20.0KW；

五、 用电：380V/50Hz；

六、 防爆等级EXDLL BT4；

七、 防护等级：IP56;

八、 安全规范：GB 15599-1995 石油设施雷电安全规范；

GB 3836-1091 爆炸性环境用防爆电气设备规范；

九、 设计标准：JB/T 1042-2004 ,GB T16846-2008,GB-30439-2013

超声波以及工业自动化产品标准为您推荐：建筑设计防火规范建筑物防雷设计规范建筑灭火器配置设计规范

十、 功能描述：

该降粘装置以模块化结构复合体。全程采用电脑控制，智能化的根据原油的不同，任意修正需要的全部参数。

1、 模块化综合功能：超声+电磁智能复合型+采用PLC控制，复合机械振动、电磁场、微波、超声波功能强，实施每一个功能降粘比相加，以达满意效果。

2、 高峰值交变脉冲复合频率：我们的产品是380V直供式，平均峰值在150-160V间，穿透和映射力度产品N倍，传输距离抗干扰能力相应增长增大N倍。

3、 关键参数：电磁波和超声波参数的确定美国公司联合提供与合作的。我们设计师设计的扫频是从低频到高频，大大扩大了对原油的适应面和迫击面。

4、 电脑化可操性能强：主要参数据可以用电脑设定和修改；即将各个参数列成表格 呈现在电脑屏幕上，操作人员都可以根据实际运行状况进行修正。

5、 安全性能：设计全程安全故障保护，过流、漏电、超温、梗阻等自动保护停机和报警。

6、 该系统设计原则是：不论是启还是停状态，原系统运行不妨碍。

7、 国内外更多的研究和实际表明，以磁声等物理集合方式处理后的原油，其分子结构已将空化和变化有序，恢复原态结构，需要外力和自身的应力，所以最坏的情况下，也要几个小时还原，长时，可达38小时。所以，管线原则上越近越好。目前原油管道压力5公斤左右，流速秒在2-4米。十一、技术参数

l 功率：20KW.（用户应力，可以在100KW以下选择）.

l 工作电压：380V或220V,视现场情况定。

l 压力，按照现场需要设计‘运行压力达到设计压力的65%以上。

l 环境温度：-25—+90度。若现场温度高可以按需求设计。

l 工作温度：指管道内部液体，工作温度区间按照现场实际设计，均有低温50度开机 130度停机的自动保护。

l 电磁扫描频率：100-20KHz；功率2000W可调；

l 微波频率:2450MHz;功率6000W可调；

l 超声波频率：16KHz-22KHz；1000W可调；

l 汇流系统功率：2-10KW可选

l 作用距离：防蜡降凝降粘单方向距离20000M内，对于降粘需要距离越近越好；

l 安装位置的确定：直通式加循环的安装方式，使用效果直接，液体流动反复次数越多 效果佳。

l 故障保护：过流、漏电、超温停机、梗阻、防爆等自动保护和报警。

l 自动切换旁路或手动系统。

l 规格尺寸：主机和辅机均为国标防爆柜体，铠装电缆长度随机的10米，最后需视其现场而定。

l 安全要求：防爆箱 铠装电缆 材质防腐处理。

l 材质：主机为碳钢防腐处理；辅机为304不锈钢封闭保护壳体。辅机内部部件防护件如法兰阀门    罐体等，均为不锈钢。                       

十二、简图示意

简要声明：1、问题的提出---中原油田XXXX#输油站，假设输油管线总长长度17440米，管径DN150，

设计流量1200吨/天，设计压力25Kg，设计流速2-4米/S，始端油温70摄氏度。接收站温度33度。

接近凝固点。

该管线为基本技术装备的加热技术措施的输油管线，没有设计其他降粘、防腐的措施。

2、运行实际----实际运行N年多来，每天输油量仅为设计能力的50%。可见大有潜力。

电加热的耗电量和维护费用每天都要10几万元以上。大有必要降低。

3、目标-----增加新的措施，目标是：同等的能耗下，增加10-20%以上的输送量；或说是，在同等输送量的基础上，可以降低耗电和运行费用10-20%以上。  到接收站油温提高到38度以上，

上升5-10度。降凝20%左右，降粘20-50%。降低加热温度，省能10%，目的是满足生产要求。

4、新增系统基础-----该石油集输管线节能降粘增液系统，，目的是为达到上述经济指标而提出，全面建立在自动化的原则上设计制造的。

5、新系统构成----单元总控制下的4级处理，1、2、3均为累积降粘处理，然后集合到汇流区，即汇流罐，由接力到汇流罐整理输出，以控制获得恒压稳流的输送状态， 达到预期目的。

系统全自动，并设计各种故障报警，各类参数显示和人工修正功能，实现了智能化运行。

运行总功率1KW-20KW可调。

  十三、车载部分