高凝原油輸送管道流動安全保障設(shè)計探討

何磊 田正印 王建

摘 要：伴隨著我國社會經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展，國家石油儲備戰(zhàn)略規(guī)模日益提高，其中，高凝原油作為石油體系的重要組成部分，其輸送安全始終關(guān)系到整個石油產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。但是，于目前來看，由于受到不同作業(yè)管理方限制，高凝原油管道輸送往往存在一定安全隱患。對此，文章基于實際高凝原油輸送情況，詳細設(shè)計了具體的流動安全保障方案，同時也就現(xiàn)有熱輸送設(shè)計方案進行了優(yōu)化，旨在給予相關(guān)負責人員可行的幫助，并切實促進我國石油產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高凝原油;原油輸送;流動安全保障;方案設(shè)計

通常來說，外輸管道是整個油田系統(tǒng)的關(guān)鍵主動脈，其中，經(jīng)外輸管道，含蠟點高、傾點高的高凝原油會輸送至中心處理廠處理為合格原油。但是，基于實際高凝原油輸送過程，由于管道及轉(zhuǎn)運站一般由不同部門負責管理，使得管道啟動時的預(yù)熱、低輸量運輸、停輸再啟動等環(huán)節(jié)往往無法做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。因此，我們需基于管道及轉(zhuǎn)運站的不同管理作業(yè)方法，詳細就高凝原油輸送管道流動安全保障方案進行設(shè)計，并以此確保高凝原油的輸送安全，進而確保石油產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 高凝原油輸送管道流動安全保障方案設(shè)計背景

1.1 管道預(yù)熱

從目前來看，基于高凝原油本身特性，其往往需采用加熱輸送工藝來進行傳輸，其中，所謂熱油管道，一般指的是借助土壤溫度場來發(fā)揮土壤蓄熱原理的輸送管道。但是，從實際應(yīng)用過程我們發(fā)現(xiàn)，若以熱油管道直接投產(chǎn)，由于原油與管道及附近土壤溫度相差過大，使得管道將從熱油中吸收大量熱量，不僅很容易造成凝油現(xiàn)象，同時也極易導(dǎo)致管道破裂等輸送事故發(fā)生。因此，在通常情況下，為確保高凝原油輸送安全，需先就管道進行預(yù)熱處理，待管道溫度與原油溫度保持一致后，方可進行輸送。

1.2 最小安全輸量控制

在高凝原油輸送過程中，由于加熱會導(dǎo)致管道內(nèi)最低油溫高于原油凝點，使得原油溫度很容易在徑向溫差的作用下向管道外擴散，此時若管道原油輸量降低，管內(nèi)溫度會降低的更快，而一旦降至凝點以下，便會導(dǎo)致管道出現(xiàn)凝油問題，造成管道輸送的難以進行。因此，為確保管道輸送正常，應(yīng)將管道輸送量控制在最小安全輸量之上。

1.3 停輸再啟動

在高凝原油輸送管道運行過程中，若因外界因素或人為操作不當導(dǎo)致輸送中斷，通常情況下管內(nèi)油溫會呈現(xiàn)下降趨勢，借此很容易導(dǎo)致膠凝結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，并最終影響管道再啟動的正常進行。因此，一般需就管道停輸時間進行有效控制，并根據(jù)具體情況分別采取不同的管道保護措施。

2 加熱、熱水預(yù)熱與置換方案

2.1 安全停輸時間計算

針對管道停輸再啟動問題，若停輸時間無法控制在允許范圍內(nèi)，需就管道內(nèi)停留介質(zhì)進行及時置換，進而借此保障管道再啟動的正常進行。其中，由于熱油管道的安全停輸時間一般與油品溫度的降低速率有關(guān)，因此可根據(jù)模擬實驗計算管道的最佳安全停輸時間，最終得出時間為14.5h。

2.2 管道置換與預(yù)熱

若管道停輸時間無法控制在允許范圍之內(nèi)，需執(zhí)行以下操作：首先，采用熱水置換管道內(nèi)原油;其次，采用熱水對管道進行預(yù)熱;再次，采用投油置換管道內(nèi)熱水;最后，重新啟動管道，繼續(xù)運輸原油。此外，由于輸送管道與轉(zhuǎn)油站分別由不同作業(yè)單位負責，因此可分別就正向預(yù)熱和反向預(yù)熱兩種方式進行考慮。

2.2.1 正向預(yù)熱

由中心處理廠進行管道熱水置換，待預(yù)熱完畢后從中心處理廠進行投油，這是正向預(yù)熱的主要應(yīng)用原理。其中，在該方案設(shè)計時，需考慮以下幾個問題：首先，管道運輸量應(yīng)始終保持在最低輸量以上，且一般應(yīng)將轉(zhuǎn)油站溫度控制于50℃以上;其次，考慮到管道輸送介質(zhì)一般為高凝原油，因此為避免隔離球出現(xiàn)卡球問題，置換原油過程無需設(shè)置隔離球，同時，可以外輸泵為置換泵來進行熱水置換，熱水溫度為77℃。

2.2.2 反向預(yù)熱

以轉(zhuǎn)油站為起點，分別進行熱水置換和投油置換，這是反向預(yù)熱方案的應(yīng)用原理。其中，在該方案設(shè)計時，應(yīng)考慮以下幾個問題：首先，與正向預(yù)熱方案一致，應(yīng)將管道的最低輸量控制在允許范圍之內(nèi)，同時，管道溫度應(yīng)控制在模擬計算得出的52℃以上;其次，針對預(yù)熱水置換過程，一般需采用84℃的熱水來進行置換，同時，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，需盡可能在允許條件下提高預(yù)熱水的流量，進而起到縮減預(yù)熱時間的應(yīng)用效果。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文基于高凝原油管道輸送作業(yè)，詳細分析了流動管道安全保障方案的具體設(shè)計方法，其中得出結(jié)論如下：

首先，對于高凝原油輸送管道設(shè)計，考慮到管道及原油溫度特性，需重點就管道預(yù)熱、最小輸量控制、停輸再啟動三方面進行安全保障;其次，基于中心處理廠和轉(zhuǎn)油站由不同負責部門管控，可分別采用正向預(yù)熱、反向預(yù)熱兩種預(yù)熱方案;最后，本文只重點研究了加熱、熱水預(yù)熱與置換方案，并未涉及其他設(shè)計方案，因此還需要有關(guān)研究人員進行進一步研究。

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