高含蠟原油管道沿線摩阻分析

于濤 孫法峰 沈亮 劉麗君 代玉杰

（1.中國(guó)石油北京油氣調(diào)控中心；2.北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責(zé)任公司；3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

近年來(lái)，我國(guó)多條高含蠟原油長(zhǎng)輸管道相繼建成投產(chǎn)。由于這類管道所輸送原油蠟含量及凝固點(diǎn)均較高，因此，對(duì)輸送工藝的要求較為復(fù)雜，需根據(jù)管道沿線油溫及地溫的不同，采用不同的輸送工藝。高含蠟原油在管輸過(guò)程中，油溫逐漸降低至析蠟溫度，且存在徑向溫度梯度，因此，油流中出現(xiàn)蠟晶分子的徑向濃度梯度［1］，蠟晶分子從管中心向管壁徑向擴(kuò)散，并逐漸附著在管壁上，導(dǎo)致管道有效直徑變小，摩阻增大。此外，管輸過(guò)程中熱處理穩(wěn)定性、重復(fù)加熱、溫降及剪切歷史等因素對(duì)含蠟原油管道的輸送都有較大影響［2］，運(yùn)行中需密切關(guān)注。

石-蘭管道（石空—蘭州原油管道）及惠-銀管道（惠安堡—銀川原油管道）是典型的高含蠟原油管道，采用SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)對(duì)壓力、溫度等參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。根據(jù)管道沿線監(jiān)測(cè)到的壓力數(shù)據(jù)，計(jì)算出沿線摩阻的變化規(guī)律，進(jìn)而分析得出管壁的結(jié)蠟情況，可用于指導(dǎo)工藝運(yùn)行、清管、管道啟動(dòng)加熱爐及熱洗等操作，為制定安全、高效的運(yùn)行方案提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

1 油品物性及運(yùn)行工藝

石-蘭管道及惠-銀管道輸送介質(zhì)為長(zhǎng)慶油田原油，其蠟含量高、凝固點(diǎn)高，對(duì)熱歷史及剪切歷史較為敏感。根據(jù)沿線油溫、地溫及油品物性，主要采用綜合熱處理、熱處理及常溫輸送3種運(yùn)行工藝。其中，綜合熱處理和熱處理工藝均需在首站將油品加熱至 75～85℃，然后，經(jīng)換熱器換熱至 60～65℃出站；沿線中間加熱站的出站油溫需高于50℃，若末站進(jìn)站油溫高于凝固點(diǎn) 3℃，則其上游啟動(dòng)加熱爐站場(chǎng)可適當(dāng)降低出站油溫。管輸長(zhǎng)慶油田原油物性見表1，2012年石-蘭管道及惠-銀管道不同月份的運(yùn)行方式見表2。

表1 外輸油品物性

表2 2012年不同月份石-蘭管道及惠-銀管道的運(yùn)行方式

2 油溫?cái)?shù)據(jù)

通過(guò) SCADA系統(tǒng)采集獲得惠-銀管道及石-蘭管道2012年不同月份沿線各站的進(jìn)出站平均油溫，具體見表3、表4。

3 管道摩阻分析

3.1 石-蘭管道

選取2012年4月至5月、7月至9月、9月至12月3個(gè)時(shí)間段，對(duì)石-蘭管道全線5個(gè)站間管段進(jìn)行摩阻計(jì)算，獲得其百公里摩阻對(duì)比曲線。詳見圖1～圖 3。

2012年4月、5月，石-蘭管道采用石空和景泰站兩站啟動(dòng)加熱爐運(yùn)行工藝。由圖1可知，石空至沙坡頭、沙坡頭至紅灣、景泰至四墩這3個(gè)管段的百公里摩阻較低，而紅灣至景泰段及四墩至蘭州段百公里摩阻較高，主要是由于這2個(gè)管段的油溫較低所致。

表3 惠-銀管道2012年不同月份進(jìn)出站平均油溫

表4 石-蘭管道2012年不同月份進(jìn)出站平均油溫

圖1 石-蘭管道4月、5月沿線站場(chǎng)間百公里摩阻趨勢(shì)曲線

圖2 石-蘭管道7月至9月沿線站場(chǎng)間百公里摩阻趨勢(shì)曲線

圖3 石-蘭管道9月至12月沿線站場(chǎng)間百公里摩阻趨勢(shì)曲線

7月至9月，石-蘭管道采用常溫輸送工藝。由圖2可知，隨著常溫輸送時(shí)間的推移，各管段摩阻發(fā)生了較大的變化。7月初，百公里摩阻由小到大分別為四墩至蘭州段、石空至沙坡頭段、沙坡頭至紅灣段、景泰至四墩段、紅灣至景泰段；9月中旬，百公里摩阻由小到大的順序變?yōu)樯称骂^至紅灣段、石空至沙坡頭段、紅灣至景泰段、四墩至蘭州段、景泰至四墩段。

在此階段，沙坡頭至紅灣段百公里摩阻逐漸降低，主要是由于該管段與上一管段——石空至沙坡頭段油溫相近（石空至沙坡頭段進(jìn)站油溫為 26.7～30.7℃，沙坡頭至紅灣段進(jìn)站油溫為26.2～30.1℃），油溫大于 26℃可以在管道內(nèi)沉積的蠟分子已在石空至沙坡頭段內(nèi)析出所致。9月中旬，雖然四墩至蘭州段油溫最低，但是，景泰至四墩段摩阻卻最大，可見，該管段油品所處油溫為析蠟高峰期，大量蠟分子沉積導(dǎo)致管徑變小、摩阻增加，并且，摩阻的增加幅度高于四墩至蘭州段油溫變化導(dǎo)致黏度增大對(duì)摩阻的影響幅度。由此可知，石-蘭管道外輸長(zhǎng)慶原油析蠟高峰期溫度范圍為22～27℃。

9月份，石-蘭管道輸送工藝由常溫輸送轉(zhuǎn)換為熱處理及綜合熱處理。10月至 12月，景泰站之前沿線油溫高且溫差較小，油溫變化對(duì)黏度及摩阻的影響可以忽略。在該時(shí)間段，同一管段摩阻變化主要影響因素為結(jié)蠟導(dǎo)致的管徑變化。

經(jīng)夏季常溫運(yùn)行后，不同管段均存在結(jié)蠟現(xiàn)象。秋季到來(lái)后，景泰和石空2座站場(chǎng)相繼啟動(dòng)加熱爐，石空至沙坡頭段沿線管壁結(jié)蠟隨著油溫的上升逐漸溶解；景泰至四墩段隨油溫升高、黏度降低及管壁結(jié)蠟的溶解，沿線摩阻迅速下降，但是，大部分時(shí)間內(nèi)，其摩阻仍高于四墩至蘭州段，可見，夏季常溫輸送時(shí)管壁結(jié)蠟對(duì)摩阻的影響一直持續(xù)至 12月下旬。12月下旬至第二年7月份常溫輸送前，不同管段沿線摩阻趨勢(shì)相同。

3.2 惠-銀管道

選取2012年1月至4月、6月至10月及11月至12月3個(gè)時(shí)間段，對(duì)惠-銀管道全線3個(gè)站間管段進(jìn)行摩阻計(jì)算，獲得其百公里摩阻對(duì)比曲線，詳見圖4～圖6。

圖4 惠-銀管道1月至4月沿線站間百公里摩阻趨勢(shì)曲線

圖5 惠-銀管道6月至10月沿線站間百公里摩阻趨勢(shì)曲線

圖6 惠-銀管道11月、12月沿線站間百公里摩阻趨勢(shì)曲線

1月至4月，惠安堡至靈武、靈武至永寧2個(gè)管段油溫均高于32℃，雖低于析蠟點(diǎn)，但是，根據(jù)石-蘭管道的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析，這2個(gè)管段管壁結(jié)蠟現(xiàn)象不明顯，影響摩阻的主要因素是油溫的變化。1月、2月，永寧至銀川段油溫為32.7～25.4℃，隨著時(shí)間的推移，其沿線摩阻1月1日為3.6MPa/100km，3月4日漲至6.5MPa/100km，這是由于在此期間，該管段的油溫均位于析蠟點(diǎn)之下，管壁結(jié)蠟導(dǎo)致管徑變小所致，因此，該管段影響摩阻的主要因素為管壁結(jié)蠟。3月 4日，永寧站啟動(dòng)加熱爐熱洗后，永寧至銀川段摩阻迅速下降，但是，當(dāng)停止熱洗后，其摩阻又快速增長(zhǎng)?？梢姡瑢?duì)于惠-銀管道，其外輸長(zhǎng)慶原油析蠟高峰期的溫度為25～32℃。

由圖5可知，惠-銀管道7月份進(jìn)入夏季運(yùn)行首站停爐后，3個(gè)管段的摩阻差逐漸減小，管道沿線油溫均處于析蠟點(diǎn)以下，各個(gè)管段均出現(xiàn)管壁結(jié)蠟現(xiàn)象，其中，以靈武至永寧段最為嚴(yán)重，導(dǎo)致在 8月上旬，該管段百公里摩阻高于永寧至銀川段，即，油溫27～32℃時(shí)，原油在靈武至永寧段結(jié)蠟，導(dǎo)致原油中所含蠟分子減少，永寧至銀川段雖然油溫低，并且也處于油品結(jié)蠟高峰，但是，由于原油中所含蠟分子少，管壁結(jié)蠟厚度低于上一管段。

由圖 6可知，10月份惠-銀管道啟動(dòng)加熱爐后至11月上旬，靈武至永寧段摩阻始終高于永寧至銀川段，在此期間，主要是由于該管段夏季常溫輸送期間的管壁結(jié)蠟才逐漸溶解。11月中旬后，永寧至銀川段由于管壁結(jié)蠟和油溫降低，摩阻迅速升高，并與年初壓力趨勢(shì)相似。

4 結(jié)論

一是，對(duì)于石-蘭管道，采用常溫輸送工藝時(shí)，景泰至四墩段百公里摩阻最大，此時(shí)油溫為 22～27℃，為石-蘭管道管輸油品析蠟高峰溫度區(qū)間；采用綜合熱處理及熱處理輸送工藝時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注紅灣至景泰段、四墩至蘭州段管壁結(jié)蠟。

二是，對(duì)于惠-銀管道，采用常溫輸送工藝時(shí)，需關(guān)注油溫處于27～32℃的管段；采用綜合熱處理及熱處理輸送工藝時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注永寧至銀川段。

三是，當(dāng)運(yùn)行工藝由常溫輸送轉(zhuǎn)換為熱處理時(shí)，常溫輸送期間所積累的管壁結(jié)蠟，需經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的熱洗溶解，方能逐漸恢復(fù)結(jié)蠟前工況。

[1] 金偉，楊斌.熱油管道的結(jié)蠟與清蠟[J].廣西輕工業(yè)，2009(7)： 23-24.

[2] 李傳憲.原油流變學(xué)[M].東營(yíng)： 中國(guó)石油大學(xué)出版社，2007： 199-201.