淺談原料渣油長(zhǎng)輸管道低流量輸送的流動(dòng)保障

李向成，樊澤輝，邢亞寶，楊偉(陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500)

0 引言

“流動(dòng)保障(Flow Assurance)”的概念是1991年國(guó)外的石油開發(fā)團(tuán)隊(duì)在解決墨西哥灣深海油氣田開發(fā)中遇到的流動(dòng)障礙的技術(shù)問(wèn)題時(shí)提出，該團(tuán)隊(duì)由一些石油生產(chǎn)和服務(wù)公司組成。油氣管道中的水合物、蠟質(zhì)和瀝青質(zhì)、段塞流在特定條件下會(huì)造成管道的流動(dòng)特性變差甚至發(fā)生凝管等嚴(yán)重后果，需要采取疏通甚至更換管道的辦法才能恢復(fù)生產(chǎn)，一旦發(fā)生凝管事故，處理的費(fèi)用也是相當(dāng)高的。正因?yàn)槿绱?，研究管路流?dòng)保障問(wèn)題逐漸成為管道研究的重點(diǎn)，對(duì)油氣管道采取的相關(guān)的技術(shù)手段、保障措施以及與此相關(guān)的問(wèn)題都可歸納到“流動(dòng)保障”的范疇[1]。

流動(dòng)保障實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)主要有兩個(gè)：一是確保管道無(wú)堵塞 ，主要控制水合物、蠟 、瀝青質(zhì)、礦物垢等的沉積；二是控制油氣管道輸送工況，優(yōu)化流動(dòng)行為。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

(1)中國(guó)科技人員將傳統(tǒng)的“流動(dòng)保障”技術(shù)從深海油氣管道拓展到陸上油氣管道，包括天然氣、原油、成品油甚至渣油管道的流動(dòng)保障。

(2)流動(dòng)保障措施主要針對(duì)影響油品流動(dòng)安全性的兩大因素展開，兩大因素主要是油品的流變性和管道的結(jié)蠟。改善流動(dòng)性的辦法主要有稀釋法、改變組成法(輕度裂化)、改善保溫狀況等。當(dāng)然，有些流動(dòng)保障措施本身就成了一種流動(dòng)保障工藝。龍大平，于 達(dá)等人將流動(dòng)保障技術(shù)總結(jié)歸納為模擬技術(shù)、防止管道堵塞技術(shù)、流動(dòng)恢復(fù)技術(shù)等[2]。

(3)模擬技術(shù)通過(guò)對(duì)流體管道的水力和熱力工況進(jìn)行分析，建立水力、熱力數(shù)學(xué)模型，分析各種約束條件，確定數(shù)值算法，得出管道溫降隨著輸送距離變化的規(guī)律。

2 防止管道堵塞技術(shù)主要是保溫技術(shù)和清管技術(shù)

保溫技術(shù)分為無(wú)源保溫技術(shù)有源保溫技術(shù)。無(wú)源保溫技術(shù)即管道保溫方法，增加保溫絕熱層的方法降低油品管輸過(guò)程中的熱量損失，保障油品的流動(dòng)性。

保溫絕熱技術(shù)的發(fā)展比較快，主要有三種保溫結(jié)構(gòu)形式：管中管結(jié)構(gòu)、單壁管結(jié)構(gòu)和集束管結(jié)構(gòu)。其中：

(1)管中管保溫結(jié)構(gòu)由內(nèi)層輸油管、保溫層和外層鋼管組成。

(2)單壁管結(jié)構(gòu)由內(nèi)層輸油管、防腐保護(hù)層、保溫層、防護(hù)層和混凝土配重層。

(3)集束管保溫結(jié)構(gòu)是將兩根或者以上輸油管道或者其他性質(zhì)的管道匯集到一起的管道束。胡曉峰、劉書等人將三種保溫結(jié)構(gòu)形式優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用情況進(jìn)行了比較[3]。

(4)有源保溫技術(shù)主要是管道集膚效應(yīng)伴熱技術(shù)，是近代出現(xiàn)的一種金屬管道加熱法，是用于石化行業(yè)熱輸管道加熱伴熱、保溫的新工藝、新技術(shù)。集膚效應(yīng)電伴熱技術(shù)屬于廣泛應(yīng)用于管道流體運(yùn)輸行業(yè)，它利用交流電通過(guò)鐵磁性材料時(shí)，導(dǎo)體橫截面上的電流分布不同，在接近導(dǎo)體曲表面部分電流較集中，導(dǎo)體在電磁場(chǎng)作用下的集膚效應(yīng)，產(chǎn)生熱量，達(dá)到伴熱的目的，集膚效應(yīng)伴熱主要用于小管徑管道。

(5)針對(duì)單層配重保溫管工藝效率低、泡沫保溫層分布不均勻的缺點(diǎn)，丹麥某公司研發(fā)出一種FBE+聚氨酯發(fā)泡在線噴涂+聚烯烴防水層在線擠出聚氨酯泡沫保溫層，保溫效果更好[4]。

(6)流動(dòng)恢復(fù)技術(shù)，即為解決管道堵塞的極端情況而提出。滿足水力、熱力條件是管道正常運(yùn)行的前提條件，一旦水力條件或者熱力條件不滿足，會(huì)出現(xiàn)管道堵塞的情況。

2017年宋永臣、周航等人發(fā)明了一種可以循環(huán)的適用于多種流體的海底油氣運(yùn)輸管道水合物堵塞檢測(cè)與解堵裝置，包括加熱系統(tǒng)，定位系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)，配重系統(tǒng)和殼體。當(dāng)遇到水合物開始沉積聚集并堵塞管道時(shí)，本裝置會(huì)發(fā)出堵塞位置信息，會(huì)加熱分解水合物，進(jìn)而疏通管道。該裝置可以保證流體無(wú)障礙流入和流出裝置,不會(huì)堵塞油氣管道[5]。

在實(shí)踐運(yùn)行中，只有對(duì)管輸流量、出站溫度等影響流動(dòng)安全性的幾個(gè)因素采取協(xié)同控制的保障措施，才能達(dá)到預(yù)期效果。

3 流動(dòng)保障措施實(shí)際應(yīng)用的案例

某化工廠原料渣油長(zhǎng)輸管道長(zhǎng)度15 km，公稱直徑為Φ273，設(shè)計(jì)壓力等級(jí)為4.0 MPa，用于接收上游煉油廠常減壓渣油。該管道有保溫?zé)o伴熱，采用熱油輸送工藝。該管道屬于埋地管道，沿途經(jīng)過(guò)沙漠、山溝、河流等特殊地貌。

由于2021年該廠計(jì)劃停車，需要檢修，檢修周期65天，首站煉油廠正常生產(chǎn)，持續(xù)產(chǎn)出常減壓渣油需要外送。在末站50 000 m3剩余庫(kù)容的情況下，既要保證首末站儲(chǔ)罐不憋庫(kù)，還要保障唯一的原料渣油長(zhǎng)輸管道正常輸送，需要綜合考慮多方面因素包括檢修消缺不能按計(jì)劃啟動(dòng)開車的特殊情況。

3.1 方案比選

起初提出了兩種輸送方案：一種是較大流量下間斷輸送，停輸4小時(shí)再啟動(dòng)；第二種是根據(jù)末站有效庫(kù)容，核算連續(xù)輸送的最低流量。長(zhǎng)輸管線頻繁停輸再啟動(dòng)有流動(dòng)性逐漸變差，停輸風(fēng)險(xiǎn)。綜合考慮渣油介質(zhì)特性(如表1所示)。輸送渣油熱量損失，首站較末站有70 m地理高差優(yōu)勢(shì)，管道的自流可以挽回因首站、末站閥門節(jié)流造成的能量損失，經(jīng)過(guò)核算，將管輸量降至40 t/h的流量連續(xù)輸送可以保證不憋庫(kù)。

表1 原料渣油的一般性質(zhì)(來(lái)源于操作規(guī)程)

3.2 流動(dòng)保障措施

在本次管輸過(guò)程措施是管理措施和流動(dòng)保障措施協(xié)同控制，流動(dòng)保障措施從影響管道流動(dòng)安全性的幾個(gè)因素提出：

(1)考慮到渣油出裝置的溫度、渣油粘度、管材強(qiáng)度等綜合因素，分三個(gè)階段將管輸量降至40 t/h ，第一階段將管輸量由105 t/h降至90 t/h，第二階段降至60 t/h，最后降至40 t/h。

(2)提高渣油出站溫度不低于80℃。

(3)完善渣油管道的保溫等措施。

(4)每天檢測(cè)進(jìn)站渣油凝點(diǎn)、析蠟點(diǎn)等影響流動(dòng)性指標(biāo)，控制進(jìn)站渣油溫度不低于實(shí)際凝點(diǎn)+5℃。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)按照低流量連續(xù)輸送方案，采取了提高出站溫度和完善保溫措施，在為期65天的檢修時(shí)間里，實(shí)現(xiàn)了渣油低流量連續(xù)輸送，達(dá)到了預(yù)期目的。(2)首站溫度維持到80℃以上時(shí)，末站進(jìn)站溫度可以維持到58℃，高于渣油的凝點(diǎn)和析蠟點(diǎn)，且沿程溫降最大24.2℃，最小溫降17.9℃。(3)管輸量和首站出站溫度直接影響末站進(jìn)站溫度，管輸流量越大，沿程溫降越小，末站進(jìn)站溫度越高，在必須控制輸量的前提下，就需要依靠提高首站出站溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)流動(dòng)保障(如表2所示)。

表2 管輸渣油首站流量、溫度變化對(duì)末站進(jìn)站渣油溫度的影響