英買力至牙哈裝車站輸油管線節(jié)能運行探究

李志國 王延昌 李將韜 馮杰 程曦 吳俊成 田玉琛 李贊博

（中國石油塔里木油田分公司）

在油品的儲存和集輸過程中，要保證油品溫度高于凝固點3～5℃，否則會出現(xiàn)凝固和凍堵事故，影響安全生產(chǎn)。只有在油品輸送過程中準確地預測出沿線油品的溫度分布情況，才能有效地避免凍堵事故的發(fā)生。而在部分油品管線的溫度控制中，往往會出現(xiàn)因為考慮到凍堵風險而將溫度設置過高而造成能源浪費。利用有效的熱力計算方法對英買力作業(yè)區(qū)至牙哈裝車站凝析油管線（簡稱英牙輸油管線）溫度下降趨勢進行預判，確定更加科學合理的油品控制溫度，最大可能地實現(xiàn)能源節(jié)約。

1 英買力凝析油性質(zhì)分析

英買力外輸油管道輸送油品為穩(wěn)定凝析油和穩(wěn)定輕烴的混合物，其中以凝析油為主（因該混合物物性與凝析油接近，統(tǒng)稱為凝析油）。實測英牙輸油管線凝點數(shù)據(jù)見表1。

從表1可以看出，近11個月以來，英牙輸油管線中的油品凝固點始終在10℃左右，未超過12℃,性質(zhì)穩(wěn)定。

2 英牙輸油管線運行現(xiàn)狀

英買力凝析油外輸線路水平長度為148.2 km，實際長度為151.0 km，管線直徑為219 mm，材質(zhì)為L320A直縫電阻焊鋼管，壁厚5.2 mm；設計壓力6.3 MPa，設計輸量56×104t/a。管道防腐保溫采用環(huán)氧粉末防腐層、聚氨酯泡沫保溫管。中間加熱站2臺凝析油加熱爐（1 500 kW）1用1備。英牙輸油管線實際運行的沿程溫降數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表2。

表1 英牙輸油管線中油樣凝固點數(shù)據(jù)

表2 英牙輸油管線沿線實際運行溫降

由表2可知，英買力原油在輸送過程中基本呈線性下降趨勢，具備可預測性。如果能夠在實際生產(chǎn)過程中預測出沿線任何一個位置上的溫度，就可以有效地避免因為溫度表損壞、遠傳失靈、工作失誤等原因造成的運行安全事故。

3 英牙輸油管線運行方案同英買力油品性質(zhì)之間的矛盾

矛盾主要存在于運行過程中油品溫度同凝固點之間的溫差過大，并對兩者進行了比較。英牙輸油管線實際運行過程中的溫度控制參數(shù)見表3。

表3 冬季運行方案中英牙輸油管線溫度控制參數(shù)

由表3可知，進站油溫的控制過于保守，進站溫度的控制達到了35℃左右，而實際在整個冬季運行中，該管線的油品凝固點僅僅維持在12℃以下。針對牙哈裝車站的實際運銷情況，35℃的溫度控制下限也顯得過于保守，可以選擇將溫度控制下限下調(diào)，即在冬季運行過程中將中間站加熱爐的油品出站溫度科學合理地下調(diào)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)能源的節(jié)約利用。

4 中間站加熱爐的能耗分析

4.1 實際上中間站加熱爐降低出站溫度后的耗能分析

中間站加熱爐不同出站溫度下對天然氣耗能有較大的影響，詳見表4和表5。

表4 出站溫度下調(diào)前天然氣耗能

由表4和表5的比較可知，出站溫度下調(diào)3℃，天然氣每天的耗氣量可節(jié)約達269 m3。

4.2 理論上加熱爐降低出站溫度的耗能計算

式中：W——每日油品加熱所需熱量，kJ；

m——每日加熱油品的質(zhì)量，kg；

c——凝析油比熱容，kJ/(kg·℃)；

Δt——油品溫升，℃。

表5 出站溫度下調(diào)后天然氣耗能

若按天然氣熱值H0=33 356kJ/m3、加熱爐熱效率u=0.9計算，則每天加熱爐用氣量為

由公式（2）可知，c、 H0均為常數(shù)，m取決于作業(yè)區(qū)凝析油產(chǎn)量，要控制V，關鍵是控制Δt和 u?？刂痞，就是要調(diào)節(jié)中間加熱站凝析油出站溫度，同時為保證管線的安全運行，還要研究管線的溫降規(guī)律，確定合理的Δt?？刂苪，就是要通過對加熱爐的保養(yǎng)和調(diào)試，提高其熱效率。

以每日輸送1 000 t凝析油、中間加熱站溫升減少5℃計算，每日可以節(jié)省天然氣446.3 m3，每年運行7個月可節(jié)省天然氣93 723 m3。按照市場天然氣價格2.0元/m3計算，1年可以節(jié)省18.7萬元。

5 輸油管線沿線溫度分布計算

要保證英買力作業(yè)區(qū)凝析油進牙哈裝車站溫度在實現(xiàn)節(jié)能情況下避免發(fā)生凝管事故，需對沿線溫度進行預判，確定合理準確的中間站出站溫度。

沿線溫度分布通常采用舒霍夫公式[1]計算：

式中：TR——管道起點油溫，℃；

T0——周圍介質(zhì)溫度，埋地管道取管中心埋深處自然低溫，℃；

TL——距起點L處的油溫，℃。

K——管道總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；

D——管道外直徑，m；

G——油品的質(zhì)量流量，kg/s；

c——輸油平均溫度下油品的比熱容，J/(kg·℃)；

g——重力加速度，m/s2；

i——油流水力坡降，m/m。

式中的比熱容c，為了簡化計算通常取一點的比熱容來對整個站間進行計算。式中的水力坡降i，因為其沿程是在變化的，計算中可近似取加熱站間管道的平均水力坡降。水力坡降是單位長度管

流態(tài)判斷[2]如下：

首先判斷雷諾數(shù)Re，即

式中：Q——原油的體積流量，m3/s；

d——管內(nèi)徑，m；

ν——輸送溫度下原油的運動黏度，m2/s。再次判斷管線的相對當量粗糙度ε，即

式中：e——管壁的絕對當量粗糙度，m。

根據(jù)我國《輸油管道工程設計規(guī)范》的規(guī)定，通常對于無縫鋼管取 e=0.06mm；

當Re＜3000時為層流區(qū)，m＝1，β＝4.15；當3000＜Re＜Re1時為水力光滑區(qū)，m＝0.25， β＝0.024 6；當Re1＜Re＜Re2時為混合摩擦區(qū)， m ＝0.123，當Re＞Re2時為粗糙區(qū)，m＝0， β＝0.826×64/Re。

再求得m、 β之后即可求得水力坡降，在其他幾項可測、可知的情況下就可以算出沿線任何一處的管線溫度，為防止管線凍堵和加熱爐的啟停提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

針對英買力輸油管線進行實際計算：

管線埋地溫度為10℃，流量為36 t/h，比熱容為2.8 kJ/(℃·m3)，運動黏度為3×10-5m2/s，總傳熱系數(shù)為0.55W/(m2?℃)。計算結果見表6。

表6 計算的溫度變化數(shù)據(jù)

英買力輸油管線沿線溫度降低趨勢呈可預見性分布。從計算結果來看，預算的沿線溫度分布情況同實際溫度分布情況變化規(guī)律很相近，具有可靠性。在該計算過程中，對于傳熱系數(shù)、比熱容、運動黏度均采取了保守算法。當上述計算參數(shù)同實際現(xiàn)場參數(shù)相同時，該計算結果更加有效。在提供準確數(shù)據(jù)的前提下可以為加熱爐的啟停溫度提供數(shù)據(jù)參考。

6 結論

針對英買力作業(yè)區(qū)至牙哈裝車站的凝析油輸送管線進行節(jié)能方案研究。以公式計算數(shù)據(jù)和實際現(xiàn)場數(shù)據(jù)為依據(jù)，參照合理的中間站加熱爐的啟停溫度，制定更加合理的關爐日期。在1年的管線運行過程中，環(huán)境條件和油品性質(zhì)不可避免地會出現(xiàn)一些大的波動，能夠利用計算公式及時地作出分析并調(diào)整運行方案。這樣既可以為氣溫突變等突發(fā)情況的應對方案提供數(shù)據(jù)依據(jù)，也可以通過計算制定安全合理的冬季、夏季運行方案，達到有效利用能源的目的。