輕烴管網(wǎng)順序輸送的可行性研究

梁永圖 張 妮 姜夏雪 周江宏

1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）2.中國(guó)石油管道公司管道科技研究中心 3.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司

油氣田輕烴來源于兩方面：①原油開采后，經(jīng)原油穩(wěn)定裝置處理后得來；②在天然氣凈化過程中通過天然氣深冷和淺冷裝置生產(chǎn)而來[1]。其主要成分是C3～C5的烷烴。目前輕烴作為一種新的能源逐漸被利用起來[2－3]。某油氣田輕烴管網(wǎng)采用間歇混合輸送的方式將不同處理裝置生產(chǎn)的不同輕烴產(chǎn)物混合輸送至下游，導(dǎo)致管網(wǎng)運(yùn)行存在2個(gè)問題：①系統(tǒng)以間歇輸送模式運(yùn)行易導(dǎo)致泵機(jī)組啟停頻繁，系統(tǒng)壓力波動(dòng)較大，降低了泵機(jī)組壽命；②深冷烴、淺冷烴和原穩(wěn)烴混輸會(huì)造成輕烴質(zhì)量下降，系統(tǒng)壓力偏高，外輸泵能耗偏大[4]，經(jīng)濟(jì)效益降低。因此，有必要對(duì)輕烴管網(wǎng)的輸送模式進(jìn)行改造[5]。借鑒成品油管道順序輸送原理[6]，提出該輕烴管網(wǎng)順序輸送方案，并驗(yàn)證其水力可行性及經(jīng)濟(jì)性，以期改善輕烴管網(wǎng)的運(yùn)行現(xiàn)狀，為輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)改造提供理論指導(dǎo)。

1 輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)

某油氣田輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)為枝狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)度為410.9km，包含12條輸烴管道、16個(gè)油氣處理站、輸烴管道38條（管徑為76～219mm）。經(jīng)過多年的擴(kuò)建改造，該輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)的管道、產(chǎn)烴站場(chǎng)逐漸增多，廢棄、在用、在建管道交錯(cuò)。為便于研究，根據(jù)管道之間的地域因素和水力相關(guān)性，將其劃分為3個(gè)互相獨(dú)立的子系統(tǒng)，分別進(jìn)行研究。

從地域分布來看，該輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)可劃分為杏區(qū)與北部區(qū)塊，兩者之間沒有管道相連，各自形成獨(dú)立的水力系統(tǒng)。其中，北部區(qū)塊為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因A站場(chǎng)與K站場(chǎng)之間管道已停止使用，因此，將北部區(qū)塊細(xì)分為北區(qū)和南區(qū)。輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)涫疽鈭D、子系統(tǒng)劃分情況見圖1、表1。圖1中綠色表示淺冷烴，紅色表示原穩(wěn)烴，黃色表示深冷烴，黑色箭頭線表示混輸管道，其余有色箭頭線則為僅輸送對(duì)應(yīng)顏色單種輕烴的管道。橢圓節(jié)點(diǎn)（N、Q、T）僅僅作為輕烴輸送中途轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)之用，并不生產(chǎn)輕烴。A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、O、P、R、S分別代表不同的產(chǎn)烴站場(chǎng)。

圖1 輕烴管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

表1 輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)劃分及各站場(chǎng)產(chǎn)烴類型統(tǒng)計(jì)表

2 系統(tǒng)順序輸送方案研究

考慮到該輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)管道直徑與輸送烴類的外輸量均較小，若采用單烴單管輸送的方案，將導(dǎo)致建設(shè)投資增大、單位輸烴成本上升。因此，基于目前輕烴管網(wǎng)的實(shí)際情況，采用順序輸送模式改善輕烴管網(wǎng)的工藝現(xiàn)狀。

與一般成品油管道進(jìn)行順序輸送不同，該輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)各站場(chǎng)均為注入操作。結(jié)合順序輸送注入（分輸）模式[7]，考慮輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)與下游需求，輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行順序輸送時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

1）所有站場(chǎng)采取集中注入方式進(jìn)行輕烴注入作業(yè)。

2）為了確保管道穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)盡量避免各站場(chǎng)同時(shí)注入輕烴；同時(shí)應(yīng)盡量使相鄰站場(chǎng)相繼注入輕烴，避免輸量波動(dòng)太大[8]。

3）各站場(chǎng)注入輕烴時(shí)應(yīng)避開混烴段[9]。

4）各站場(chǎng)注入輕烴管網(wǎng)時(shí)，必須滿足各注入支線的管輸能力及外輸泵的工作流量要求[10]。

2.1 制訂調(diào)度計(jì)劃

以南區(qū)為例說明該輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)順序輸送調(diào)度計(jì)劃的制訂過程。依據(jù)南壓輕烴注入的實(shí)際情況（圖1），考慮將K、J站場(chǎng)所產(chǎn)深冷烴通過單獨(dú)管道進(jìn)行外輸，而K、I、H站場(chǎng)所產(chǎn)原穩(wěn)烴和J站場(chǎng)所產(chǎn)淺冷烴進(jìn)行順序輸送。南區(qū)節(jié)點(diǎn)T并不產(chǎn)烴，僅利用其較大的儲(chǔ)罐容量作調(diào)節(jié)之用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的南區(qū)輕烴管道里程、高程、管徑、壁厚、管長(zhǎng)等基礎(chǔ)參數(shù)（圖2），為便于研究，將南區(qū)管道模型簡(jiǎn)化為單源多注入的管道系統(tǒng)（圖3）。

圖2 南區(qū)輕烴管道示意圖

圖3 南區(qū)輕烴管道簡(jiǎn)化模型圖

綜合考慮各站場(chǎng)產(chǎn)烴類型、產(chǎn)烴量、泵機(jī)組外輸量、啟泵時(shí)間需求、管道承壓能力、輸烴順序、混烴界面等[11]，計(jì)算得出適用于南區(qū)輕烴管網(wǎng)的順序輸送方案（圖4）[12]。圖4的橫軸表示輸送時(shí)間，縱軸表示各站場(chǎng)距離首站的距離，圖中的有色矩形表示輕烴注入的時(shí)間窗（矩形長(zhǎng)方向的起點(diǎn)為開始注入時(shí)間，終點(diǎn)為結(jié)束注入時(shí)間），時(shí)間窗的顏色表示注入輕烴的類型，綠色代表淺冷烴，紅色代表原穩(wěn)烴。另外，時(shí)間窗的高度和流量大小成正比。時(shí)間窗周圍顯示該批次的注入工況，如“4.9／21.3／25”表示該時(shí)間窗注入開始于4.9h，結(jié)束于21.3h，流量為25m2／h。T節(jié)點(diǎn)輕烴的存儲(chǔ)時(shí)間依據(jù)各站場(chǎng)注烴時(shí)間而定，如，K站場(chǎng)注入的原穩(wěn)烴在T節(jié)點(diǎn)暫儲(chǔ)（見圖4中A虛線處），以使K站原穩(wěn)烴、J站淺冷烴、H站原穩(wěn)烴產(chǎn)生的混烴量最少（見圖4中B點(diǎn)）。

圖4 南區(qū)輕烴管網(wǎng)順序輸送方案圖

相應(yīng)的外輸泵運(yùn)行方案如表2所示。

2.2 水力可行性驗(yàn)證

根據(jù)上述提出的南區(qū)輕烴管網(wǎng)順序輸送方案，分別對(duì)烴類進(jìn)入輕烴總庫(kù)罐區(qū)和實(shí)現(xiàn)越庫(kù)2種方式進(jìn)行水力可行性驗(yàn)證（表3）。由表3可知，各管道并未超壓，且外輸泵能夠提供輕烴順序輸送所需要的能量，因此該方案具有水力可行性。

表2 南區(qū)輕烴管網(wǎng)順序輸送外輸泵運(yùn)行方案表

2.3 經(jīng)濟(jì)性驗(yàn)證

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，從泵站運(yùn)行費(fèi)用和混烴量?jī)煞矫鎭眚?yàn)證南區(qū)輕烴管網(wǎng)順序輸送方案的經(jīng)濟(jì)性（表4）[13]。表4表明，南區(qū)輕烴管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)順序輸送后，可節(jié)省泵站運(yùn)行費(fèi)用76 678元／a。

另外，采用Austin－Palfrey公式計(jì)算輕烴管網(wǎng)順序輸送時(shí)不同批次界面之間的混烴量比目前混輸模式下的混烴量約少133×104m3／a[14]。整個(gè)輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)采用順序輸送模式后經(jīng)濟(jì)性得到了較好驗(yàn)證（表5）。

3 結(jié)束語

輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性直接增加了其運(yùn)行、改造的難度。針對(duì)該復(fù)雜輕烴管網(wǎng)系統(tǒng)粗放式間歇混合輸送原穩(wěn)烴、淺冷烴和深冷烴造成的若干問題，提出管網(wǎng)順序輸送設(shè)想，并給出適用于現(xiàn)場(chǎng)的順序輸送方案，驗(yàn)證了該方案的水力可行性，并從泵站運(yùn)行費(fèi)用和混烴量?jī)煞矫娣謩e驗(yàn)證了該方案的經(jīng)濟(jì)性，為輕烴管網(wǎng)順序輸送運(yùn)行提供了理論指導(dǎo)。

表3 南區(qū)輕烴管網(wǎng)順序輸送水力可行性驗(yàn)證表

表4 南區(qū)輕烴管網(wǎng)順序輸送的泵站運(yùn)行費(fèi)用表

表5 輕烴管網(wǎng)順序輸送模式的經(jīng)濟(jì)性驗(yàn)證表

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