烏鄯線摻混輸送工藝研究

馬晨波 韓善鵬 陸爭(zhēng)光 謝 萍 林小飛

1中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室

2中國(guó)石油天然氣股份有限公司西部管道分公司

烏鄯線摻混輸送工藝研究

馬晨波1韓善鵬1陸爭(zhēng)光1謝 萍2林小飛2

1中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室

2中國(guó)石油天然氣股份有限公司西部管道分公司

為確保烏鄯線安全、高效地輸送稠油出疆，將北疆油和哈國(guó)油摻混為一種混合原油，采用全年常溫輸送混合原油（北疆油+哈國(guó)油）取代目前順序輸送北疆油、哈國(guó)油的管輸方式?？紤]輸送介質(zhì)黏度變化后輸油泵特性的變化，利用仿真模擬軟件SPS得到烏首站泵輸油泵與管道匹配情況，并進(jìn)行水力、熱力穩(wěn)態(tài)計(jì)算，得到泵效率、泵出口壓力、出站溫度，計(jì)算出采用不同輸送工藝在不同年輸量條件下的管輸費(fèi)用。與順序輸送北疆油、哈國(guó)油相比，全年常溫?fù)交燧斔?00×104、600×104、700×104t原油時(shí)，管輸費(fèi)用每年分別節(jié)省610、1 232、3 290萬元，可大幅降低輸油成本。

烏鄯線；摻混輸送工藝；泵管匹配；管輸費(fèi)用

烏鄯原油管道起自烏魯木齊王家溝油庫，終點(diǎn)為鄯善站，線路全長(zhǎng)為296 km，設(shè)計(jì)壓力8.0 MPa，設(shè)計(jì)輸量為1 000×104t/a。全線設(shè)有首、末站各1座，目前僅烏首站具備加熱、加壓能力，采用“一泵到底”方式順序輸送北疆油和哈國(guó)油。兩種管輸原油的物性差異大，北疆油具有稠油典型的高密度、高黏度特征，而哈國(guó)油為輕質(zhì)含蠟油。輸送物性差異大的兩種原油，增加了輸送工藝的復(fù)雜性，冬季需要根據(jù)不同油品的物性特點(diǎn)制定相應(yīng)的輸送方案，造成管道處于冷熱油交替輸送狀態(tài)，不利于管道安全運(yùn)行和節(jié)能[1]。在確定北疆油、哈國(guó)油及其混合原油的物性和流動(dòng)特性的基礎(chǔ)上，分析烏鄯線輸送不同原油時(shí)的輸油泵特性變化情況、泵管匹配特性變化以及管輸費(fèi)用，說明烏鄯線采用全年常溫?fù)交燧斔凸に嚨膬?yōu)越性。

圖1 管輸原油和混合原油的黏溫關(guān)系

1 原油基礎(chǔ)物性及流動(dòng)性分析

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取得的北疆油、哈國(guó)油及其混合原油（北疆油∶哈國(guó)油=5∶5）進(jìn)行物性測(cè)試，結(jié)果見表1與圖1，確定了北疆油、哈國(guó)油及其混合原油的基礎(chǔ)物性及流動(dòng)特性。

北疆油的顯著特點(diǎn)為高密度、高黏度，而哈國(guó)油是一種典型的稀油。根據(jù)近幾年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，冬季烏鄯線輸送北疆油的鄯善進(jìn)站油溫在10～15℃的范圍內(nèi)波動(dòng)，然而北疆油在10℃以下時(shí)，黏度超過500 mPa·s，不利于油品進(jìn)入儲(chǔ)罐[2]。

由圖1可見，向北疆油中摻入哈國(guó)油后可以起到顯著降黏的作用[3]，在低溫條件下降黏效果更加明顯，從管道輸油的水力角度看，將降低輸送過程的摩阻損失及能耗。同時(shí)，摻混所得混合原油的凝點(diǎn)很低，為-16℃，遠(yuǎn)低于烏鄯線管道沿線冬季最低地溫2℃，可確保輸送過程的熱力安全。因此，從定性角度看，摻混輸送能保證管道安全運(yùn)行并降低管輸動(dòng)力費(fèi)及熱力費(fèi)，在以下論述中將進(jìn)一步定量分析。

表1 管輸原油與混合原油基本物性

2 順序輸送與摻混輸送工藝的對(duì)比

2.1 設(shè)備適應(yīng)性分析

輸油泵與管道的匹配情況（簡(jiǎn)稱泵管匹配）決定了輸油管道系統(tǒng)對(duì)不同工況的適應(yīng)性。隨風(fēng)城稠油產(chǎn)量的逐年遞增[4]，更多的風(fēng)城稠油將以北疆油的形式進(jìn)入烏鄯原油管道，油品黏度進(jìn)一步上升，增加了管道運(yùn)輸負(fù)荷，需要對(duì)現(xiàn)有管道設(shè)備的適應(yīng)性進(jìn)行分析。

2.1.1 輸油泵特性

針對(duì)烏首站并聯(lián)安裝的4臺(tái)SMI 325/01×7輸油泵（離心泵，最低工作流量為310 m3/h），采用該換算方法，對(duì)輸送不同介質(zhì)（北疆油、哈國(guó)油、混合原油）條件下的揚(yáng)程、效率曲線進(jìn)行了換算，如圖2～圖3所示。

圖2 烏首站輸油泵揚(yáng)程-流量曲線

圖3 烏首站輸油泵效率-流量曲線

根據(jù)換算結(jié)果，總結(jié)發(fā)現(xiàn)以下3點(diǎn)變化：

（1）哈國(guó)油黏度小，輸送哈國(guó)油時(shí)，輸油泵特性曲線與輸送清水時(shí)相同，無需進(jìn)行換算。

（2）北疆油黏度大，輸油泵的揚(yáng)程和效率均發(fā)生下降，在額定流量520 m3/h下，相比輸送清水，揚(yáng)程由891 m下降至836 m，效率由82%降至59%。

（3）采用摻混輸送工藝，混合原油20℃運(yùn)動(dòng)黏度在20～60 mm2/s之間，揚(yáng)程變化非常小，無需換算，輸油泵揚(yáng)程與輸送清水時(shí)基本相同。在額定流量520 m3/h下，泵效為75%，較輸送哈國(guó)油/清水時(shí)泵效下降7%。

對(duì)應(yīng)相同流量，輸送混合原油（北疆油∶哈國(guó)油=5∶5）條件下，SMI 325/01×7輸油泵特性明顯優(yōu)于輸送北疆油，節(jié)能效果顯著。

2.1.2 泵管匹配特性的變化

在輸油管道系統(tǒng)中，泵站與管道組成統(tǒng)一的水力系統(tǒng)，泵管匹配的目的是為了實(shí)現(xiàn)輸油泵提供壓頭與管道負(fù)荷之間能量供求的平衡。泵管匹配的情況反映了輸油泵提供壓頭是否得到了充分利用。

為了比較烏鄯線輸送北疆油、混合原油時(shí)泵管匹配特性的變化，采用仿真模擬軟件SPS，計(jì)算了夏季烏首站開啟1臺(tái)給油泵、2臺(tái)輸油泵（1給2輸）條件下，不同流量對(duì)應(yīng)的泵出口壓力以及管道所需的總壓能（摩阻+高程差），確定了烏首站的壓力調(diào)節(jié)范圍，如圖4～圖5所示。

圖4 烏首站輸油泵輸送北疆油壓力調(diào)節(jié)范圍

圖5 烏首站輸油泵輸送混合原油壓力調(diào)節(jié)范圍

計(jì)算結(jié)果表明：

（1）相對(duì)于輸送北疆油，輸送混合原油的輸油泵穩(wěn)定工作范圍變寬。離心泵的穩(wěn)定工作范圍[5]為最佳效率點(diǎn)流量的70%～120%，以及圖4～圖5中所示1給2輸工作流量范圍的交集。輸送北疆油的1給2輸穩(wěn)定工作范圍為728～920 m3/h，而輸送混合原油為756～1010 m3/h，穩(wěn)定工作范圍變寬。

（2）在輸油泵的穩(wěn)定工作流量區(qū)域內(nèi)，輸送北疆油的輸油泵效率較低。輸送北疆油的泵效率在53%～58%范圍內(nèi)，而輸送混合原油的泵效率在70%～76%范圍內(nèi)。

（3）烏鄯線輸送北疆油，管道節(jié)流損失嚴(yán)重，輸油泵的能量利用率低。在輸油泵的穩(wěn)定工作流量區(qū)域內(nèi)，輸送北疆油的節(jié)流損失在1.2～2.3 MPa之間，能量利用率為76%～86%；而穩(wěn)定工作流量區(qū)內(nèi)輸送混合原油的節(jié)流損失在0.1～1.2 MPa之間，輸油泵的能量利用率為86%～99%。

相對(duì)于輸送北疆油，烏鄯線現(xiàn)有設(shè)備條件下輸送混合原油具備更寬的穩(wěn)定工作范圍，相同流量條件下的節(jié)流損失小，且穩(wěn)定工作流量范圍內(nèi)泵效較高，即烏鄯線輸送混合原油較北疆油泵管匹配更加理想。

2.2 管輸費(fèi)用對(duì)比

制定和調(diào)整輸油管道運(yùn)行方案時(shí)，不僅要求管道運(yùn)行平穩(wěn)、安全，還需考慮管到輸油的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行管輸費(fèi)用的對(duì)比。首先利用仿真模擬軟件SPS，確定了烏鄯線單獨(dú)輸送哈國(guó)油、北疆油及混合原油（北疆油∶哈國(guó)油=5∶5）的年最大輸送能力分別為880×104、585×104、708×104t，如表2所示。在此輸量范圍內(nèi)，以輸送同樣數(shù)量的北疆油、哈國(guó)油為基準(zhǔn)，對(duì)摻混輸送及順序輸送500×104、600×104、700×104t原油進(jìn)行了管輸費(fèi)用對(duì)比。

采用仿真模擬軟件SPS進(jìn)行水力、熱力穩(wěn)態(tài)計(jì)算，得到泵效率、泵出口壓力、出站溫度，計(jì)算出采用不同輸送工藝在不同年輸量條件下的管輸費(fèi)用，如圖6所示。與順序輸送北疆油、哈國(guó)油相比，全年常溫?fù)交燧斔?00×104、600×104、700×104t原油時(shí)，管輸費(fèi)用每年可分別節(jié)省610、1 232、3 290萬元，可大幅降低輸油成本。隨著原油年輸量的增大，常溫?fù)交燧斔凸に嚨慕?jīng)濟(jì)優(yōu)越性逐漸凸顯，因此建議烏鄯線采用常溫?fù)交燧斔凸に嚾〈樞蜉斔凸に嚒?/p>

圖6 順序輸送與摻混輸送年管輸費(fèi)用對(duì)比

3 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到了北疆油、哈國(guó)油及其混合原油（北疆油∶哈國(guó)油=5∶5）的基礎(chǔ)物性與流動(dòng)特性。在此基礎(chǔ)上，采用仿真模擬軟件SPS對(duì)烏鄯線建模并進(jìn)行水力、熱力計(jì)算，從輸油管道設(shè)備適應(yīng)性和管輸經(jīng)濟(jì)費(fèi)用兩方面，說明了烏鄯線采用全年常溫?fù)交燧斔凸に嚨膬?yōu)越性。

表2 烏鄯線輸送不同油品的年最大管輸能力

（1）從油品物性角度看，北疆油與哈國(guó)油摻混所得混合原油，黏度較北疆油顯著下降，凝點(diǎn)遠(yuǎn)低于冬季最低地溫，更有利于管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）在設(shè)備適應(yīng)性方面，摻混輸送條件下，烏首站輸油泵揚(yáng)程變化小，泵效遠(yuǎn)高于相同流量下輸送北疆油的泵效；摻混輸送較輸送北疆油具備更寬的穩(wěn)定工作區(qū)，且相同流量條件下烏首站節(jié)流損失小，能量利用率更高。

（3）相同年輸量條件下，相比順序輸送工藝，采用全年常溫?fù)交燧斔凸に嚹軌虼蠓冉档洼斢唾M(fèi)用，具備良好的經(jīng)濟(jì)性。

[1]孫法峰，于濤，范華平，等．烏鄯線冬季冷熱油交替輸送運(yùn)行方案[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2014，33（5）：567-570．

[2]Schumacher M M．Enhanced recovery of residual and heavy oils[M]．Park Ridge NJ：Noyes Press，1980：403-418．

[3]謝萍，馬晨波，林小飛，等．風(fēng)城稠油摻稀流動(dòng)性變化規(guī)律研究[J]．天然氣與石油，2014，32（6）：5-10．

[4]孫建剛，趙文峰，李慶杰．風(fēng)城超稠油外輸管道摻稀輸送工藝[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2014，33（6）：662-664．

[5]陳偉．離心泵工作范圍的確定[J]．流體機(jī)械，2006，33（7）：60-62．

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.011

馬晨波：2012年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，現(xiàn)為在讀碩士研究生。

2015-03-19

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