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    姬惠原油管道添加減阻劑的現(xiàn)場試驗研究

    2014-12-24 03:59:20王立濤常元昊吳世宏
    石油化工應用 2014年3期
    關鍵詞:加劑減阻劑回歸方程

    劉 亮,王立濤,常元昊,吳世宏

    (1.中國石油長慶油田分公司第三輸油處,寧夏銀川 750006;2.西南石油大學石油工程學院,四川成都 610500;3.中國石油長慶油田公司安全環(huán)保監(jiān)督部,陜西西安 710018)

    近年來,隨著長慶姬塬油田的快速上產(chǎn),原油產(chǎn)量逐年攀升,姬惠輸油管道產(chǎn)輸矛盾逐年加劇,管道的設計能力已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)實際的需要,將面臨超負荷運行風險。因此,在不增加其他設備和動力的前提下,應用減阻劑是唯一經(jīng)濟可行的方法[1]。通過進行不同加劑濃度下的減阻試驗,驗證了FLO-MAX 減阻劑對姬惠原油管道減阻、增輸?shù)挠行?,分析了減阻劑注入濃度與減阻劑、增輸率的關系,為姬惠原油管道增輸提供了可靠的依據(jù)和技術(shù)支持。

    1 試驗管道概況

    姬惠管道于2009 年11 月建成投產(chǎn),始于陜西定邊縣馮地坑鄉(xiāng)姬塬外輸總站,終止于寧夏鹽池縣惠安堡鎮(zhèn)寧夏石油儲備庫,中間有兩座閥室。全長72 km,設計壓力6.3 MPa,原油密度0.841 6 g/cm3,原油粘度10.7 mPa·s,原油設計輸油量450 萬噸/年。

    2 減阻劑減阻機理

    流體的摩擦阻力限制了流體在管道中的流動,造成管道輸量降低和能量消耗增加。減阻劑是一種長鏈、超高分子聚合物,當烴類液體流動為紊流時,減阻劑內(nèi)的長鏈、高分子量聚合物一旦溶于烴類流層內(nèi),立即分散于近壁渦流層內(nèi),從而減少紊流摩擦力[2]。減阻劑廣泛應用于原油和成品油管道輸送,它是在特定地段提高管道流通能力和降低能耗的重要手段。

    減阻劑的減阻作用是-種特殊的湍流現(xiàn)象,減阻效應是減阻影響湍流場的宏觀表現(xiàn),它是一個純物理作用。減阻劑分子與油品的分子不發(fā)生作用,也不影響油品的化學性質(zhì),而只與其流動特性密切相關。減阻劑加入到管道以后,靠本身的粘彈性,分子長鏈順流向自然拉伸,其微元直接影響流體微元的運動。來自流體微元的徑向作用力作用在減阻劑微元上,使其發(fā)生扭曲,旋轉(zhuǎn)變形。減阻劑分子間引力抵抗上述作用力反作用于流體微元,改變了流體微元作用力的大小和方向,使一部分徑向力轉(zhuǎn)變?yōu)轫樍飨虻妮S向力,從而減少無用功的消耗,宏觀上起到了減少摩阻損失的作用[3](見圖1)。

    圖1 減阻劑注入流程示意圖

    3 實驗數(shù)據(jù)的收集與計算

    3.1 數(shù)據(jù)記錄

    實驗過程分三個階段,第一階段為加劑量在5 mg/L情況下,每4 h 錄取一次數(shù)據(jù),根據(jù)測試,不加減阻劑的原油從首站輸送到末站的時間大約為12 h,故以12 h加劑測試時間和12 h 的濃度穩(wěn)定時間作為一個實驗周期,同時記錄每4 h 減阻劑注入量、出站壓力、流量及末站壓力、流量變化情況。三個階段試驗數(shù)據(jù)詳細記錄(見表1)。

    表1 試驗數(shù)據(jù)記錄表

    3.2 相關公式[4]

    3.2.1 減阻率 減阻率計算公式如下:

    ΔPuntreated是流體沒有添加減阻劑時的基本摩阻壓降;ΔPtreated是添加減阻劑后的摩阻壓降。

    在計算減阻劑時,加劑和未加劑時管道的壓降必須是同一流量下的,如果流量不同,加劑時的壓降必須用以下的公式換算為基礎流量下的壓降,得到換算后的壓降:

    式中:ΔPcorrected-換算后的壓降,Qbase-不加減阻劑時的基礎流量,Qtreated-加劑時的流量,n-流動修正系數(shù),一般為1.8。修正后的減阻率計算公式為:

    3.2.2 增輸率 實際增輸率計算公式如下:

    但加入減阻劑后,流量增大,出站壓力降低,因此上式不能直接使用,需要通過減阻率與增輸率之間的關系式求得。

    修正后的增速率公式如下:

    這里,%DR 是公式(3)中定義的減阻百分比。公式(5)認為:當保持出口壓力不變,不管是基礎輸量還是加劑后的輸量,不管輸送介質(zhì)是經(jīng)過處理的原油還是未經(jīng)處理的原油,管道減阻百分比和流量增加百分比的1.8 次方成比例關系。

    3.2.3 數(shù)據(jù)計算 以10 mg/L 注入濃度為試驗數(shù)據(jù)計算為例,計算出減阻劑的注入濃度、增輸率、減阻率。

    由于在試驗過程中減阻劑注放濃度的波動,因此取管線內(nèi)減阻劑注入濃度的穩(wěn)定時值作為標準值。已知基礎流量Qbase=580 m3/h,Qtreated=670 m3/h,ΔPtreated=2.59 MPa,由公式(2)可得ΔPcorrected=1.57 MPa,代入公式(3)中得%DR=39.2 %。各注入濃度計算過程同上,計算出的結(jié)果(見表2)。

    根據(jù)表2 中的試驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行計算分析,可以得到一個減阻劑注入濃度與減阻劑、增輸率的關系曲線圖(見圖2)。

    在圖2 中,通過對曲線的擬合得到三個曲線回歸方程:

    減阻率-注入濃度回歸方程:

    增輸率-注入濃度回歸方程:

    修正后增輸率-注入濃度回歸方程:

    三個回歸方程對減阻劑在今后的生產(chǎn)中的使用有著重要的指導意義:通過回歸方程可以計算出任一注入濃度的增輸率,由此可以根據(jù)生產(chǎn)任務的要求確定不同的注入濃度。通過對回歸方程求導可以得到減阻劑注入濃度與減阻劑、增輸率的增加率的關系,從而確定合理的減阻劑注入濃度范圍。

    圖2 減阻劑注入濃度與減阻率、增輸率的關系曲線圖

    由圖2 可以較直觀的看出:減阻率和增輸率隨著減阻劑注入濃度的增大而增大,在0~10 mg/L 的濃度范圍內(nèi),注入量與減阻率、增輸率的增加幾乎成直線關系。隨著注入濃度的進一步增大,減阻率、增輸率的增加率逐漸減小,直至到某個數(shù)值后不再增加,利用公式(6)求導后令導數(shù)為零,可得在注入濃度達到28.6 mg/L后,減阻率達到最大值。

    4 結(jié)論

    (1)由FLO-MAX 減阻劑的現(xiàn)場試驗可以看出,隨著減阻劑的注入,首站出站壓力逐漸下降,全線摩阻損耗減小,添加減阻劑對姬惠原油管道提高輸量,解決外輸瓶頸,減少運行風險,節(jié)約投資成本具有重要的意義。

    (2)從圖2 中的曲線走勢看,當注入濃度不大于15 mg/L 時,增輸效果隨著注入量的增加而提高的幅度是比較明顯,如果是單純從注濃度與增輸效果的角度分析,注入濃度不宜大于15 mg/L。

    (3)實際生產(chǎn)中,由于綜合考慮到生產(chǎn)急需、輸油成本、減阻劑成本等各方面因素,減阻劑的注入濃度須根據(jù)不同情況而確定,通過回歸方程我們可以比較直觀的計算出經(jīng)濟合理的注入濃度。

    [1] 李寶榮,賈軍寧.減阻劑在靖惠輸油管道中的試驗及應用[J].油氣儲運,2008,27(3):38-41.

    [2] 臧國軍,屈建宏.長輸管道原油減阻節(jié)能試驗[J].油氣儲運,2005,24(12):29-32.

    [3] 翟銀平,王軍,程世保.洪荊原油管道添加減阻劑增輸試驗[J].管道技術(shù)與設備,2013,(3):14-16.

    [4] 孫云峰,殷炳綱,王忠良.阿獨原油管道添加康菲減阻劑現(xiàn)場試驗研究[J]. 長江大學學報(自然科學版),2013,10(10):153-156.

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