原油管道低輸量輸送工藝分析與降凝劑處理研究

岳夢(中石化管道儲運公司華東管道設計研究院，江蘇徐州221000)

原油管道低輸量輸送工藝分析與降凝劑處理研究

岳夢(中石化管道儲運公司華東管道設計研究院，江蘇徐州221000)

低輸量原油管道輸送作業(yè)中，由于輸送距離較長，熱力條件的變化對輸油管道安全運行與生產(chǎn)管理造成較大的影響，采用降凝劑處理來降低原油凝點與粘度，進而降低原油流動性變化帶來的影響，并通過實踐分析探究該工藝的經(jīng)濟可行性。

低輸量;原油管道輸送;降凝劑處理

國內原油大多為含蠟原油，在長距離管道輸送中會隨溫度的降低逐漸呈現(xiàn)牛頓流體形式、假塑性流體形式、屈服加速性流體形式，對原油產(chǎn)生一定影響。加入降凝劑改變原油流變性，在溫度逐漸降低下，降低原油凝點與粘度，對低輸量管道輸送工藝具有實際價值。

1 低輸量原油管道輸送不穩(wěn)定因素分析

1.1 熱力特性

輸油量減小會導致摩擦系數(shù)增加。降溫規(guī)律根據(jù)蘇霍夫公式[1]描述：

其中k為傳熱系數(shù)，D為管道外徑，L為熱站出口距離，Q為原油質量流量。在加熱站出口周圍，由于溫度較高，粘度較低，油流大多處于紊流光滑區(qū)。油溫降低與粘度增大，會導致雷諾數(shù)減小，當溫度降低或粘度增加時轉變?yōu)閷恿鳌?/p>

1.2 水力特性

摩阻系數(shù)受到流體的流態(tài)變化影響巨大，根據(jù)列賓宗公式[2]管道沿程摩阻損失h表達式為：

其中v為原油黏度，L為管長，d為管道內徑，Q為流量，m為系數(shù)。常溫輸送的情況下，原油的溫度與黏度基本不變，摩阻隨輸量的減小發(fā)生單調遞減。而黏度主要與溫度、流體的類型相關。實驗表明，牛頓流體的黏度隨溫度的變化相對緩慢，而非牛頓流體則受溫度的影響非常大。原油在溫度較高的情況下表現(xiàn)為牛頓流體，而在溫度較低時（低于原油反常點）則轉變?yōu)榉桥ｎD流體，其表觀黏度會隨著輸量的減少而急劇增加。

2 低輸量原油管道輸送改進工藝研究

2.1 降凝劑作用原理

原油加溫到一定程度，蠟晶幾乎全部溶解到油中，加入降凝劑能夠在降溫過程中起到晶核作用，并在原油析蠟之前析出，成為蠟晶的發(fā)育中心，防止蠟晶形成較大的蠟團。同時還能夠進行蠟晶活性中心的吸附，進而改變其取向性，抑制蠟晶形成三維網(wǎng)狀結構，防止出現(xiàn)粘附現(xiàn)象。此外還有一部分的降凝劑能夠起到共晶作用，破壞其取向性，阻礙蠟晶的持續(xù)發(fā)育。因此降凝劑的主要作用機理就是改變蠟晶的發(fā)育歷程，分散晶體，并阻礙立體結構的形成，降低原油凝點與粘度，進而改善原油流動性，提高輸送效率。

2.2 原油流變性分析

原油流變性隨溫度降低而逐漸出現(xiàn)牛頓流體、假塑性流體等特征，關鍵特征點為析出點43℃、反常點39℃。不同溫度流變性表征為：

（1）原油溫度T為38℃-48℃時為牛頓流體，粘溫關系為（μ為原油粘度）：

（2）原油溫度T為35℃以下時，呈現(xiàn)屈服假塑性流體，屈服值與原油溫度的關系式為（τ為原油屈服值）：

2.3 常見低輸量輸送工藝

加藥改性：加藥改性主要是通過添加流動改性劑來控制原油黏度等流變性，根據(jù)材料的化學成分不同，其改性原理有所區(qū)別。流動改性劑主要成分為環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷以及清水性比較強的表面活性劑，在常溫或低溫原油中能夠吸附在管壁形成親水膜，降低管壁的摩阻，抑制石蠟與凝油在管壁的沉積，顯著降低原油表觀黏度。

3 應用實例分析

某油庫原油對熱處理較為敏感，在低輸量管道溫度范圍內熱處理影響表現(xiàn)顯著?，F(xiàn)對該油庫原油進行改性，增加200ppmGY降凝劑，通過熱處理與降凝劑作用，改善原油流變性。

實踐發(fā)現(xiàn)，70℃的熱處理能夠降低凝點至25℃；60℃的熱處理能夠降低凝點至27℃；40℃為循環(huán)加熱惡化溫度。通過添加40g/t降凝劑，并經(jīng)過60℃處理后，反常點由39℃降到31℃，凝點也有效地降低到24℃左右，改性效果比較理想，提高低輸量輸送效率。

本文對幾種含蠟原油采用降凝劑處理，表1所示為降凝劑處理前后改性效果。

表1 降凝劑處理改性前后比較

結果表明添加降凝劑與加熱處理，該降凝劑由高壓多元聚合生產(chǎn)工藝制成，加入原油中后發(fā)生共晶吸附作用，阻礙了石蠟的結晶，進而有效降低了原有的凝固點與粘度，改善低溫下的流動性能。實驗表明，通過添加降凝劑顯著降低了輸送能耗30%左右，原油所呈現(xiàn)的牛頓流體特征溫度可以降低5～10℃，凝點則降低了10～20℃，表觀粘度降低率在90%以上，改性效果良好。

4 結語

（1)通過降凝劑處理，改變原油流變性，能夠確保冬季準常溫輸送，確保原油低輸量管道輸送效率。

（2)分析發(fā)現(xiàn)原油熱力特性與水力特性等不穩(wěn)定因素對凝管安全性具有一定影響，通過減少各因素的影響，可以提高管道輸送效率與輸送質量。

[1] 曹喜文.原油外輸管道低輸量運行技術研究[D].大慶石油學院,2010.

[2] 張振興.含蠟原油管道低輸量運行特性分析及安全保障技術研究[D].東北石油大學,2016.