莊西線原油黏溫特性及加熱輸送工藝研究

潘俊宏，劉東海

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第十二采油廠，甘肅合水 745400）

輸送過(guò)程中的摩阻壓降影響熱力費(fèi)用及輸油成本，莊西線所輸原油黏度較低，在輸送過(guò)程中存在兩方面的能量損失[1-3]，其中散熱損失起決定因素，輸送溫度的高低決定了黏度的大小，油品的黏度又決定了摩擦損失的大小，因此輸送溫度的選擇對(duì)管內(nèi)油品的安全輸送尤其重要，為了進(jìn)一步做好節(jié)能降耗的工作，保證莊西線高輸量安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有必要對(duì)原油的黏溫特性，摩阻損失進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，它可為原油管道安全經(jīng)濟(jì)輸送方案的制定提供基礎(chǔ)的理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

為了保證所取原油樣具有代表性，在固城莊一聯(lián)外輸首站泵房現(xiàn)場(chǎng)取樣，分別裝入塑料桶密封保存待用。在室溫條件下靜置冷卻48 h以上，作為實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)油樣，35℃預(yù)熱處理后，在35℃～65℃溫度下，用大連智能儀表有限公司生產(chǎn)的GB/T265毛細(xì)管黏度計(jì)和恒溫水浴開(kāi)始測(cè)試油樣的黏溫特性，溫度間隔10℃。將裝好油品的黏度計(jì)浸在恒溫液體內(nèi)15 min后，觀察樣品在管身中的流動(dòng)情況，液面正好達(dá)到上標(biāo)線時(shí)，開(kāi)動(dòng)秒表，在液面正好流到下標(biāo)線時(shí)，停住秒表，記錄下流動(dòng)時(shí)間，連續(xù)記錄4次，其中各次流動(dòng)時(shí)間與其算術(shù)平均值的差值不超過(guò)平均值的±0.5%，取算術(shù)平均值作為該點(diǎn)樣品的流動(dòng)時(shí)間[4，5]。在溫度t時(shí)，樣品的運(yùn)動(dòng)黏度為：

式中：C-黏度計(jì)常數(shù)，mm2/s2；Tt-樣品的平均流動(dòng)時(shí)間，s。

動(dòng)力黏度為：

式中：ρt-在溫度 t時(shí)，試樣的密度，g/cm3。

1.2 黏溫特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

油樣在不同溫度下的黏度（見(jiàn)表1）。

表1 油樣在不同溫度下的黏度

油品的黏溫特性關(guān)系，大都在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的基礎(chǔ)上，總結(jié)其經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，在牛頓流型的溫度范圍，國(guó)外曾推薦多種黏溫關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式，在這里采用兩個(gè)常數(shù)的關(guān)系式：

式中：μ-溫度 T 時(shí)油瓶的動(dòng)力黏度，mPa·s；T-油溫，K；A、B-常數(shù)。

對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，用最小二乘法求線性回歸方程系數(shù)（見(jiàn)表2）。

表2 油樣的黏度方程計(jì)算結(jié)果

圖1 黏溫關(guān)系線性回歸結(jié)果

從圖 1可以看出，常數(shù) A=-5.302 7，B=2.196 4，將常數(shù)代入上式則得到油樣的黏溫方程：

從圖1中可以看出判定系數(shù)R2=0.995 6說(shuō)明所回歸的黏溫方程對(duì)實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)擬合程度高，實(shí)測(cè)原油的黏溫關(guān)系曲線（見(jiàn)圖2），從圖2可以看出油樣的黏度隨著溫度的降低呈乘冪關(guān)系上升。

2 熱油管道摩阻研究與分析

莊西線長(zhǎng)輸管道全長(zhǎng)62 km，其摩阻主要是沿程摩阻，中間路過(guò)一個(gè)加熱站，忽略局部摩阻的影響，先判斷流態(tài)計(jì)算出雷諾數(shù)，根據(jù)我國(guó)油田大多數(shù)含蠟原油30℃以上為牛頓流體特性，可得以下關(guān)系式：

式中：ε=0.2 mm，流態(tài)為紊流光滑區(qū)。

用平均油溫計(jì)算法即按管道起終點(diǎn)的平均溫度下的油流黏度，用等溫輸送的方法計(jì)算一個(gè)加熱站間的摩阻。

莊西線油流的平均溫度：

式中：TR、TZ-莊西線起、終點(diǎn)溫度，℃。

圖2 原油的黏溫關(guān)系曲線

由黏溫曲線查出溫度為T(mén)pj時(shí)的油流黏度：

綜合摩阻列賓宗公式：

沿程摩擦阻力壓力損失Δp=ρjh=5.58 MPa。

紊流減阻效果的影響因素：用與原油互不相溶的低黏液體來(lái)分散原油或使其與管壁隔開(kāi)。常用加減阻劑輸送的工藝，減阻劑的相對(duì)分子質(zhì)量大，其主鏈越長(zhǎng)，減阻效果越好，它與原油質(zhì)點(diǎn)的相互作用可使旋渦減弱，層流邊層加厚，流體的紊亂程度減緩，減少了能量耗散，使摩阻下降，但受雷諾數(shù)影響，只有達(dá)到一定數(shù)值后，減阻劑的減阻作用才顯示出來(lái)，低于此雷諾數(shù)或在層流流態(tài)，減阻劑不起作用。所以日常管理中要掌握控制原油外輸流態(tài)，才能有效的使用減阻劑。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸了莊西線原油的黏溫方程。通過(guò)判定系數(shù)R2的計(jì)算結(jié)果可知，所回歸的黏溫方程對(duì)實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)的擬合程度較高。為變黏度流體流動(dòng)特性研究提供了可靠方法和手段。

（2）控制好管路流體剪切力及外輸壓力，對(duì)減阻劑的使用也是重要的。長(zhǎng)輸管路流態(tài)盡量控制在水力光滑區(qū)，雷諾數(shù)＜70 000，流態(tài)相對(duì)平穩(wěn)，能耗與管理難度相對(duì)較低，排量應(yīng)控制在300 m3/h以內(nèi)。輸送溫度控制在45℃左右，確定外輸壓力控制范圍，使管道能耗最低，通過(guò)摩阻計(jì)算外輸壓力，黏度，排量控制雷諾數(shù)，有效監(jiān)控管道參數(shù)，保證平穩(wěn)外輸。

2040年天然氣將成為全球第二大能源

英國(guó)石油（BP）表示，未來(lái)20年全球能源供應(yīng)增長(zhǎng)的絕大部分將來(lái)自可再生能源和天然氣；盡管如此，仍需要對(duì)石油探勘和生產(chǎn)進(jìn)行大規(guī)模投資，方能滿足全球2040年的原油需求。BP在年度能源展望報(bào)告中認(rèn)為，包括風(fēng)力、太陽(yáng)能、地?zé)?、生物質(zhì)和生物燃料在內(nèi)的可再生能源和天然氣在2040年前將占全球能源增長(zhǎng)的85%；可再生能源每年增長(zhǎng)7.1%，到2040年占主要能源的比例將從目前的4%增至15%。天然氣則預(yù)計(jì)每年增長(zhǎng)1.7%，在2040年超越煤炭成為全球第二大能源來(lái)源，并將和原油一較高低。

（摘自中國(guó)化工信息2019年第5期）