新棗孔長(zhǎng)輸管線適應(yīng)性分析

殷新田 張釗穎

（大港油田第三采油廠， 河北 滄州 061723）

新棗孔長(zhǎng)輸管線適應(yīng)性分析

殷新田 張釗穎

（大港油田第三采油廠， 河北 滄州 061723）

原油的長(zhǎng)距離輸送需要依靠長(zhǎng)輸管線，一般都配備較粗的管線直徑和較大功率的電機(jī)。南部油區(qū)的原油具有凝固點(diǎn)高、粘度高、砂蠟含量高的特性，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)造成管壓和電流的階梯型上升。本文從新舊長(zhǎng)輸管線運(yùn)行參數(shù)的對(duì)比入手，從導(dǎo)致沿程水頭損失的幾個(gè)方面進(jìn)行了分析和研究，論證出了科學(xué)低耗的輸送溫度和通球周期，對(duì)節(jié)能降耗工作和延長(zhǎng)管線使用壽命意義重大。

棗孔長(zhǎng)輸管線；公跨；雷諾數(shù)Re；沿程阻力系數(shù)λ；沿程水頭損失hf

1　系統(tǒng)現(xiàn)狀

老棗孔長(zhǎng)輸管線投產(chǎn)于1992年，起點(diǎn)棗一聯(lián)合站，末點(diǎn)孔大站，為φ325螺旋鋼管，全長(zhǎng)25.88公里，沿線地貌復(fù)雜，多次穿越公路和溝渠，共設(shè)18個(gè)公跨。管線腐蝕嚴(yán)重，自去年三月份以來(lái)，曾多次發(fā)生漏失。目前用作北水南調(diào)的輸水管線。

新棗孔長(zhǎng)輸管線投產(chǎn)于2012年4月12日，為φ273直縫鋼管，全長(zhǎng)28.38公里，大部分埋于地下，公跨較少。

表1　新舊長(zhǎng)輸管線基本參數(shù)對(duì)比表

通過(guò)表1的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，管徑的變化縮短了輸送時(shí)間和溫降，但也導(dǎo)致了同排量時(shí)電流和管壓的增長(zhǎng)。因此如何把握新管線電流和管壓的增長(zhǎng)規(guī)律，將能耗降到最低就成了本次適應(yīng)性分析的重點(diǎn)。

2　問(wèn)題分析

（1）外輸現(xiàn)狀 棗外輸泵房共有四臺(tái)外輸泵，正常運(yùn)行時(shí)啟用一臺(tái)大泵或兩臺(tái)小泵，外輸排量在160～190m/h之間。

外輸排量相同時(shí)，發(fā)電機(jī)做的有用功就是相同的。導(dǎo)致能耗相差如此之大的原因就是外輸過(guò)程中水頭損失的不同和電機(jī)功率因數(shù)的不同所致。水頭損失包括局部水頭損失和沿程水頭損失兩大部分，長(zhǎng)輸管線采用直縫鋼管，且脹力彎少，所以其水頭損失主要以沿程水頭損失hf為主［1］。

以外輸排量180m/h為例，則流速為0.855m/s，外輸溫度必須小于70℃（管線的臨界溫度范圍），所以粘度值取150～500MPa/s，雷諾數(shù)Re=慣性力/粘性力=ρvd/η，其中v、ρ、η分別為流體的流速、密度與黏性系數(shù)，d為一特征長(zhǎng)度。

Re上限=ρvd/η=920*0.855*0.273/0.15=1431.6

Re下限=ρvd/η=920*0.855*0.273/0.5=429.5

Re≤2300

所以長(zhǎng)輸管線中原油的流動(dòng)過(guò)程是層流。

hf=λlv2/（2gd） λ為沿程阻力系數(shù)：

對(duì)于層流，λ=64/Re=64/（ρvd/η）代入上式得：

可見hf與流速v和粘度η均成一次方正比的關(guān)系。

（2）影響流速v和粘度η的因素 ①流速v的影響因素

圖1　hf與流速v的關(guān)系曲線

通過(guò)圖1可以看出，相同的管線，影響流速v的因素只有管線內(nèi)徑d，管線內(nèi)壁結(jié)蠟會(huì)使管線內(nèi)徑d縮小，流速v增大，hf增大。

所以如何控制結(jié)蠟是降低hf的關(guān)鍵因素。

南部油區(qū)原油具有雙高特性（高凝高粘），包括含蠟量較高的石蠟基原油以及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量較高的重質(zhì)原油（稠油），既有高凝原油凝固點(diǎn)高的特點(diǎn)，又有稠油粘度高的特點(diǎn)。

根據(jù)南部油區(qū)20口井的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，原油的平均析蠟溫度為60℃，臨界溫度為40℃。根據(jù)原油的結(jié)蠟特性，溫度大于60℃時(shí)，原油中的蠟晶基本上溶解，粘度值隨溫度的升高變化不大，當(dāng)原油溫度在40～60℃時(shí)，蠟晶開始析出，粘度增加，但仍呈現(xiàn)牛頓流。當(dāng)溫度小于40℃時(shí)，原油流變性質(zhì)發(fā)生變化，呈現(xiàn)出具有時(shí)間效應(yīng)的非牛頓流體特性，即原油發(fā)生凝固［2］。

目前棗一聯(lián)的外輸出口溫度為60℃，孔店末點(diǎn)溫度在49℃左右，溫降為0.4℃/km，正是原油的析蠟溫度范圍。由此可見，原油在外輸過(guò)程中都在不停的析出蠟晶，不斷的附著在管線內(nèi)壁上，使管線內(nèi)徑d減小。

②粘度η的影響因素。同一種原油造成粘度不同的原因只有溫度不同。南部油區(qū)的稠油具有粘溫特性，當(dāng)溫度在析蠟溫度（60℃）以上時(shí)，原油粘度很低，而且粘度隨溫度的變化不明顯。當(dāng)溫度降到析蠟點(diǎn)溫度以下時(shí)，高凝原油的粘度隨溫度的降低急劇上升，同時(shí)蠟晶體開始析出［3］。

3　下步措施和建議

（1）提升外輸溫度降能耗 建議每年10月至次年4月點(diǎn)外輸爐，保證棗一聯(lián)出口溫度為70℃，根據(jù)溫降0.4℃/km，可估計(jì)末點(diǎn)溫度為60℃左右，這樣外輸全程都在析蠟溫度以上。

可以在新長(zhǎng)輸管線的外側(cè)套上一層螺旋鋼管，向鋼管跟管線的環(huán)形空間內(nèi)注入比熱容比較大的恒溫清水，模擬長(zhǎng)輸管線的溫度場(chǎng)，冬季生產(chǎn)時(shí)循環(huán)恒溫清水，保證外輸溫度。

（2）保證外輸排量降能耗 根據(jù)生產(chǎn)需要小幅度的緩慢增減排量，防止電流和管壓的忽高忽低，減輕管線的載荷沖擊，降低局部水頭損失。同時(shí)盡可能的將排量控制在178-180m/h，此時(shí)單耗最經(jīng)濟(jì)。

4　預(yù)期效果對(duì)比

（1）節(jié)約電費(fèi) 排量180m/h為例，電流370A和270A兩種情況能耗對(duì)比如下：

P2=1.732×380×270×0.85=151.0kW

電量ΔW=（P2-P1）×t=56×24=1344kW?h

電費(fèi)以0.818元/kW?h計(jì)算，則日節(jié)約電費(fèi)

￡1=1344×0.818=1099.4元

（2）降低通球頻率 管線結(jié)蠟嚴(yán)重時(shí)就需要進(jìn)行通球，每次通球都會(huì)破壞管線原來(lái)的溫度場(chǎng)，在新的溫度場(chǎng)形成期間，管線的結(jié)蠟會(huì)更加嚴(yán)重，頻繁通球會(huì)導(dǎo)致此惡性循環(huán)的產(chǎn)生。此外，管線采用的是直縫鋼管，脹力彎少，且大部分埋于地下，通球引起的壓力波動(dòng)會(huì)加速管線的疲勞進(jìn)程。

該舉措可以將通球周期由以前的半月或一月一次延長(zhǎng)到半年甚至一年一次，有效避免通球帶來(lái)的管線安全隱患和漏油事故的發(fā)生。延長(zhǎng)長(zhǎng)輸管線的使用壽命。

5　結(jié)論

（1）南部原油在棗孔長(zhǎng)輸管線中的流動(dòng)屬于層流，而造成沿程水頭損失hf增加的主要原因是流速v和粘度η。

（2）提高輸油溫度10℃，確保輸油全程溫度始終位于原油析蠟溫度60℃以上，降低結(jié)晶程度，延長(zhǎng)通球周期。

（3）嚴(yán)格按照本文所研究的方法執(zhí)行管線運(yùn)行參數(shù)，以輸油排量180m/h為例，每天可節(jié)約電費(fèi)1099.4元。

［1］金建華，王烽.流體力學(xué)［M］.湖南：湖南大學(xué)出版社，2004.

［2］潘永梅.長(zhǎng)輸管線析蠟特點(diǎn)分析及應(yīng)用［J］.油氣田地面工程，2001，20（6）：28-30.

［3］王中華，何煥杰，楊小華.油田化學(xué)品使用手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2004.7.

殷新田（1987- ），男，山東濰坊人，本科，現(xiàn)任大港油田第三采油廠助理工程師，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事輸油工作。