典型含蠟原油管道運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

于 濤 李 岳 林永剛

中國石油北京油氣調(diào)控中心， 北京 100007

0 前言

近年來隨著原油管道業(yè)務(wù)的大發(fā)展，多條高含蠟原油管道建成投產(chǎn)， 新建管道通過SCADA 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整條管線常規(guī)運(yùn)行的操作控制和運(yùn)行參數(shù)的采集保存，有利于生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析與研究。 因熱處理穩(wěn)定性、重復(fù)加熱、溫降及剪切歷史數(shù)據(jù)等因素對含蠟原油管道的輸送都有較大的影響［1］，且油溫、地溫及沿線溫度場等數(shù)據(jù)對管道停輸時間有較大影響［2-3］。以目前惠銀線典型含蠟原油管道為例，運(yùn)行過程中，調(diào)度人員需關(guān)注全線油溫、地溫、凝點(diǎn)和管道壓力等參數(shù)，從而結(jié)合管道運(yùn)行情況，制定安全、高效的運(yùn)行方案，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

惠銀線全長132.4 km，管徑Φ457 mm，設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa（局部10 MPa），設(shè)計(jì)輸量為500×104t/a。 全線共設(shè)惠安堡首站、 靈武熱站、 永寧熱站和銀川末站4座站場， 站間距見表1， 主要外輸長慶油田高含蠟原油。 根據(jù)沿線地溫和油品物性，管道采用綜合熱處理、熱處理和常溫輸送三種不同工藝。

表1 惠銀線站間高程里程數(shù)據(jù)

1 運(yùn)行工藝確定

惠銀線運(yùn)行方案主要分析油品首末站運(yùn)行參數(shù)。輸送介質(zhì)物性見表2，結(jié)合地溫變化，全年分為春夏秋冬4 個不同工藝運(yùn)行時期， 其中春季采用熱處理輸送工藝，首站加熱75～85 ℃，經(jīng)換熱器換熱后60～65 ℃出站；夏季采用全線常溫輸送工藝；秋季采用首站加劑熱處理75～85 ℃，經(jīng)換熱器換熱后60～65 ℃出站，加劑量為12.5 g/m3。冬季首站加劑熱處理75～85 ℃，經(jīng)換熱器換熱后60～65 ℃出站，加劑量根據(jù)地溫不同分別為12.5 g/m3和25 g/m3。

惠銀線工藝轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)為：沿線最低地溫高于10 ℃由冬季轉(zhuǎn)為春季運(yùn)行工藝；高于18 ℃轉(zhuǎn)為夏季運(yùn)行工藝；低于18 ℃轉(zhuǎn)為秋季運(yùn)行工藝；低于12 ℃轉(zhuǎn)為冬季運(yùn)行工藝；秋、冬季當(dāng)沿線站場的進(jìn)站溫度低于15 ℃，或油品物性出現(xiàn)異常， 則需要在其上一站采取啟爐、提溫等措施。

表2 惠銀線外輸油品物性

2 油溫?cái)?shù)據(jù)

含蠟原油熱輸管道的沿線溫度近似于對數(shù)曲線規(guī)律變化［4］，肖北梅等人利用公式反算［5］，獲得管線外輸溫度控制。 實(shí)際運(yùn)行中可利用沿線溫降，反推獲得首站出站油溫要求， 降低沿線不必要的能耗損失，見圖1。

圖1 惠銀線2012 年沿線溫降數(shù)據(jù)

2012 年惠銀線不同月份各站進(jìn)出站油溫及運(yùn)行方案見表3。

由油溫?cái)?shù)據(jù)表3 和沿線溫降數(shù)據(jù)圖1 可知：

a）惠銀線4 月之后采用熱處理輸送，逐漸調(diào)整首站出站油溫，使得全線溫降在停爐前逐漸降低。

b） 管線常溫輸送時，沿線溫降變化較小，在11 ℃左右，即要保證常溫輸送末站進(jìn)站溫度高于22 ℃的安全溫度，首站油溫不能低于33 ℃。

c）年初與年底相同輸送工藝，首站出站油溫年初為60 ℃左右，年底為55 ℃左右，相差約5 ℃，但首末站凝點(diǎn)相差不大，且滿足安全運(yùn)行要求。

d） 全線溫降圖顯示，3 月上旬顯示一次全線溫降增加較大，主要為永寧至銀川管段，管壁結(jié)蠟，為保證管線安全高效運(yùn)行，采用永寧站啟爐熱洗管線。

可見采用全線溫降法分析管線運(yùn)行數(shù)據(jù)，可獲得一年各個時期管線總油溫?fù)p耗；直觀反映中間站啟爐熱洗等工況。 常溫輸送結(jié)合油品物性可獲得首站出站溫度要求； 在能耗分析中也可通過全線溫降進(jìn)行對比，獲得在地溫相同時，全線溫降數(shù)據(jù)，用以指導(dǎo)管道運(yùn)行油溫控制。

表3 惠銀線2012年各月各站進(jìn)出站油溫及運(yùn)行方式

3 凝點(diǎn)

惠銀線外輸油品物性隨輸送工藝改變而改變，冬季采用綜合熱處理輸送工藝時，加劑量分別為25 g/m3和12.5 g/m3，首站出站凝點(diǎn)在1～3 ℃之間，末站凝點(diǎn)在7～14 ℃，經(jīng)管線剪切及中間站熱處理，凝點(diǎn)反彈較大在6～13 ℃；春季和秋季采用熱處理輸送工藝時，首站出站凝點(diǎn)在10～12 ℃，末站凝點(diǎn)為12～13 ℃，油品物性穩(wěn)定；夏季常溫輸送，首站出站凝點(diǎn)17～19 ℃，末站凝點(diǎn)為14～16 ℃。 可見油品經(jīng)管線低速剪切后，在一定程度上改善其低溫流變性，低速剪切作用促進(jìn)了加劑油的蠟晶聚集成團(tuán)，使得未被蠟晶占據(jù)的游離液態(tài)油增多［6-7］。 凝點(diǎn)變化曲線見圖2。

圖2 惠銀線2012 年凝點(diǎn)變化趨勢圖

4 百公里摩阻

通過SCADA 系統(tǒng)采集各站場進(jìn)出站壓力數(shù)據(jù)，利用伯努利方程計(jì)算管線摩阻并轉(zhuǎn)化為百公里摩阻，對不同管段百公里摩阻進(jìn)行對比，見圖3。

圖3 惠銀線2012 年沿線站間百公里摩阻趨勢圖

根據(jù)油溫?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合不同站間百公里摩阻趨勢對比可知：

a）惠安堡至靈武管段因油溫高，除了夏季最低油溫為32.3 ℃，低于管線析蠟點(diǎn)，其余時期進(jìn)站油溫均高于析蠟點(diǎn)，因此該管段只在夏季運(yùn)行工況靈武進(jìn)站上游存在少量結(jié)蠟，其余時間管壁均不結(jié)蠟，沿線摩阻只與輸量有關(guān)。

b）2012 年2～5 月管線輸量相差較小， 靈武至永寧管段摩阻變化不大，因該管段油溫較高，均在32 ℃以上，雖低于管線析蠟點(diǎn)，但是未達(dá)到析蠟高峰期，該時期只在永寧進(jìn)站上游較短管段存在少量結(jié)蠟。

c）夏季工況， 靈武至永寧管段出站油溫在32.6～33.6 ℃，進(jìn)站油溫27.5～28.5 ℃，夏季運(yùn)行初期該管段摩阻增加較小，隨著管道運(yùn)行，9 月底該管段百公里摩阻最大，可見惠銀線所輸油品，該溫度段處于結(jié)蠟高峰期。

d）1～3 月管線輸量逐漸變小，永寧至銀川百公里摩阻由1 月1 日3.68 MPa/100 km，到3 月2 日永寧啟爐熱洗管線之前6.5 MPa/100 km， 增加了2.82 MPa/100 km，即該管段經(jīng)過3 個月的運(yùn)行，管道摩阻增加了1.02 MPa/100 km，管壁結(jié)蠟嚴(yán)重。

e）永寧至銀川管段隨著運(yùn)行方案的轉(zhuǎn)換，百公里摩阻除夏季運(yùn)行工況小于靈武至永寧管段，其余時間均最大， 且隨著管線運(yùn)行時間延長， 百公里摩阻增大。 主要因該管段油溫處于析蠟高峰期，根據(jù)列賓宗公式［8］管壁結(jié)蠟，管徑變小、流速增大，摩阻增大。

可見惠銀線夏季常溫輸送時，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注靈武至永寧管段摩阻變化；其余時間應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注永寧至銀川管段摩阻。

5 總傳熱系數(shù)

通過SCADA 系統(tǒng)采集沿線流量、 油溫和地溫?cái)?shù)據(jù)，利用蘇霍夫總傳熱系數(shù)計(jì)算式（1）［9］，獲得不同月份各管段總傳熱系數(shù)值。 惠銀線2012 年各月各站總傳熱系數(shù)K 值見表4，沿線總傳熱系數(shù)趨勢見圖4。

式中：K 為管道穩(wěn)定狀況下的總傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；G 為輸油量，kg/s；C 為原油比熱容，J/（kg·℃），通常取C＝2 009.66 J/（kg·℃）；tH為本站出站溫度，℃；tK為下站進(jìn)站溫度，℃；to為管道地溫，℃。

初設(shè)數(shù)據(jù)： 惠安堡-靈武段總傳熱系數(shù)2.3 W/（m2·℃），靈武-銀川段為2.48 W/（m2·℃）。

表4 惠銀線2012年各月各站總傳熱系數(shù)K值反算

圖4 惠銀線2012 年沿線總傳熱系數(shù)趨勢

由各管段總傳熱系數(shù)K 值可知：

a） 惠安堡站至靈武站總傳熱系數(shù)較穩(wěn)定，在1.01～1.57 W/（m2·℃） 之間， 且低于初設(shè)數(shù)據(jù)2.3 W/（m2·℃）。

b） 靈武至永寧管段，總傳熱系數(shù)波動較大，在1～7 月總傳熱系數(shù)逐漸降低，從2.92 W/（m2·℃）逐漸降至2.04 W/（m2·℃）， 但隨著夏季工況運(yùn)行，8～10 月總傳熱系數(shù)陡升至3.10～3.21 W/（m2·℃），主要因該時間段處于夏季多雨期，當(dāng)土壤含水量變化時，則土壤的導(dǎo)熱系數(shù)發(fā)生較大變化，管線的總傳熱系數(shù)亦發(fā)生變化［9］。

c）靈武至永寧管段K 值較高，且1 年有7 個月高于初設(shè)給定值，全年平均值為2.7 W/（m2·℃），高于設(shè)計(jì)值2.48 W/（m2·℃）， 同樣在永寧至銀川段全年平均K 值2.39 W/（m2·℃），8～10 月K 值高于設(shè)計(jì)給定值，因此在惠銀線溫降及停輸時間計(jì)算上K 值應(yīng)使用現(xiàn)實(shí)反算數(shù)據(jù)。

6 結(jié)論

a）惠銀線根據(jù)外輸油品物性結(jié)合油溫、地溫制定春夏秋冬4 個不同時期運(yùn)行方案。

b） 利用全線溫降數(shù)據(jù)可直觀反映中間站場啟爐工況，給出常溫輸送首站出站油溫控制，分析整條管線全年能耗，以利于管道方案優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

c） 利用百公里摩阻對比獲得除夏季常溫輸送需重點(diǎn)關(guān)注靈武至永寧管段結(jié)蠟外，其余時間段需重點(diǎn)關(guān)注永寧至銀川管道。

d） 惠銀線溫降及停輸時間計(jì)算時，K 值應(yīng)使用實(shí)際數(shù)據(jù)反算值。

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