塔-鐵D377線冬季安全運行分析

王銀強，薛潤斌，劉霞，馮晶，王樸，代建東，褚楚，丁慧美

中國石油新疆油田分公司 油氣儲運分公司（新疆 克拉瑪依 834000）

1 塔-鐵D377線基本情況

塔-鐵D377線1985年建成，起于塔A站，終于鐵G站。沿線有塔A站、D站、F站3座熱泵站，B站、C站及E站均為閥池。塔-鐵D377線全長143 km，壁厚7 mm，管線設(shè)計壓力6.4 MPa，采用環(huán)氧煤瀝青玻璃絲布特加強級防腐，設(shè)計輸量250×104t/a，高程差370 m（表1），輸送工藝如圖1所示，其中塔A站-H站D377線長約10 km，采用二層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層。

圖1 輸送工藝示意圖

表1 塔-鐵D377線高程

2020年8月25 日，新光油田稠稀混合油開始經(jīng)塔-鐵D377線D站輸至塔A站，再經(jīng)塔-H線進入H站。因塔-鐵D377線D站至塔A站間距較長，冬季溫降較大，單獨輸送新光混油時采用降凝輸送方式。由于新光原油產(chǎn)量開始下降，原油凝點在12℃左右波動，且目前所篩選的降凝劑也只能將其凝點降至8℃，無法滿足塔-鐵D377線冬季安全運行。為此，實際運行中還通過注熱柴油融蠟、加大低凝原油的摻混量、減小新光混油的外輸量、增大熱負荷、在B站增設(shè)熱源并配合加注降凝劑等方式改善該線的運行壓力。根據(jù)上述運行狀況來看，最大的問題在于低凝原油量。目前，鐵G站輸?shù)湍椭罝站，并與新光原油、B號原油混合后輸至H站。隨著低凝原油調(diào)運難度的增大，該運行模式也僅為臨時措施。為了提高輸送效率及確保該線冬季安全運行，2021年夏季對該線進行了多次清管作業(yè)，計劃2023年新建A號稠油-C站管線及配套工藝設(shè)施。投運后，A號稠油將進入塔-鐵D377線并外輸至下游。為此，需對不同的輸送模式進行模擬計算，從而給出可行的工藝運行方式，以確保塔-鐵D377線冬季能夠安全運行。

2 油品物性

2.1 產(chǎn)量與密度

2021年新光原油、A號原油和B號原油的日均產(chǎn)量分別為1 200、730、620 t/d，密度分別為844、952、856 kg/m3。日均產(chǎn)量配比下新光原油+A號原油密度為877 kg/m3，新光原油+B號原油密度為874 kg/m3，新光原油+A號原油+B號原油密度為870 kg/m3。

2.2 黏溫特性

新光原油、A號原油以及B號原油按日均產(chǎn)量配比1 200:730混合原油、1 200:620混合原油和1 200:730:620混合原油的黏度測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 原油黏度與溫度的變化曲線

由圖2可以看出，原油黏度隨溫度的增加而減小，當溫度高于25℃時，黏度隨溫度變化較緩慢，當溫度低于25℃時，隨溫度下降，黏度迅速增加，且溫度越低，變化幅度越大。此外，相同溫度下，新光原油+A號原油（1 200:730）黏度高于新光原油+B號原油（1 200:620）黏度，這主要是因為A號原油為稠油，且量比B號原油大。新光原油+A號原油+B號原油（1 200:730:620）黏度介于新光原油+A號原油（相當于對其稀釋）與新光原油+B號原油（相當于對其增稠）之間。整體看，在上述日均產(chǎn)量配比下，A號原油及B號原油摻入后，對新光原油黏度的影響不是很大。

2.3 凝點

日均產(chǎn)量配比下新光原油+A號原油、新光原油+B號原油、新光原油+A號原油+B號原油以及新光原油的凝點測試結(jié)果見表2，計算過程中，最低允許進站溫度均按高于凝點3℃計算。

表2 原油凝點

2.4 出站溫度

新光原油、A號原油以及B號原油出聯(lián)合站的溫度分別是35、70、45℃。

2.5 冬季地溫

2020年及2021年冬季最冷月(2—3月)管道沿線最低地溫A站分別是3、4℃，而2020—2021年2—3月D站分別是3、3℃。

3 塔-鐵D377線模型的建立

3.1 模型的建立

根據(jù)不同輸送模式，使用SPS軟件建立塔-鐵D377線工藝計算模型[1-5]，如圖3所示。其中，單獨輸送新光原油時，D站（加熱/熱力越站、泵）-C站（加熱/熱力越站）-B站（加熱/熱力越站）-塔A站（加熱/熱力越站）-H站。輸送新光原油+A號原油時，D站（新光原油加熱/熱力越站、泵）-C站（A號原油進入，與新光原油混合后加熱/熱力越站）-B站（加熱/熱力越站）-塔A站（加熱/熱力越站）-H站。輸送新光原油+B號原油時，D站（新光原油與B號原油加熱/熱力越站、泵）-C站（加熱/熱力越站）-B站（加熱/熱力越站）-塔A站（加熱/熱力越站）-H站。輸送新光原油+A號原油+B號原油時，D站（新光原油與B號原油加熱/熱力越站、泵）-C站（A號原油進入，與新光原油+B號原油混合后加熱/熱力越站）-B站（加熱/熱力越站）-塔A站（加熱/熱力越站）-H站。

圖3 塔-鐵D377線原油輸送SPS模型

3.2 參數(shù)校核

根據(jù)實際運行參數(shù)，設(shè)置邊界條件：①首站出站溫度、輸量等于實際運行參數(shù)；②H站進站壓力100 kPa；③末站進站輸量等于實際輸量[6-8]。

模型設(shè)置中，狀態(tài)方程選用SCL，傳熱模型選用瞬態(tài)傳熱，摩阻系數(shù)公式選用Colebrook，鋼管粗糙度取0.025 mm，節(jié)點間距取0.1 km，閥門參數(shù)及油品物性根據(jù)實際設(shè)置，模型起點選用流量控制，終點選用壓力控制，從而模擬得出起點出站壓力和終點進站溫度，將其與實際運行參數(shù)進行對比，并通過多次調(diào)節(jié)管線土壤導(dǎo)熱系數(shù)，盡量控制溫度、壓力誤差在±3%以內(nèi)[9-11]。選擇實際運行參數(shù)時，確保近期該段時間內(nèi)輸量、壓力基本平穩(wěn)相近，進出站油溫穩(wěn)定。按此方法選出數(shù)組運行數(shù)據(jù)，采用反算法計算土壤傳熱系數(shù)，通過算術(shù)平均值確定D站至塔A站及塔A站至H站的總傳熱系數(shù)分別為1.78 W（/m2·℃）和2.34 W/(m2·℃）。

4 運行分析

不同地溫條件下，單獨輸送新光原油、新光原油+A號原油、新光原油+B號原油、新光原油+A號原油+B號原油時，其輸量、D站出壓及對應(yīng)的點爐模式見表3。

由表3可以看出，地溫3℃時，有4種應(yīng)對模式。單獨輸送新光原油和采用新光原油+A號原油運行模式時，需提前與新光油田對接協(xié)商，確保產(chǎn)量有足夠的應(yīng)對空間。當新光油田可以適當增產(chǎn)時，采用新光原油+A號原油運行模式熱能損耗較少。當新光油田無法增產(chǎn)時，可采用新光原油+B號原油、新光原油+A號原油+B號原油運行模式，但新光原油+B號原油模式熱能損耗較大。

表3 不同地溫時的運行模式

地溫3℃時，單獨輸送新光原油、采用新光原油+A號原油、采用新光原油+B號原油、采用新光原油+A號原油+B號原油的管道沿程水力熱力分布分別如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

圖4 新光原油增量后沿程各站溫度、壓力變化曲線

圖5 新光原油+A號原油沿程各站溫度、壓力變化曲線

圖6 新光原油+B號原油沿程各站溫度、壓力變化曲線

圖7 新光原油+A號原油+B號原油的沿程各站溫度、壓力變化曲線

由圖4可以看出，當?shù)販亟抵?℃時，在D、C、B、塔A站均點加熱爐（加熱至55℃）的情況下，若新光原油輸量能夠達到1 398 t/d，C站的進站溫度（11℃）剛好滿足安全輸送要求，此時管內(nèi)最高壓力184 kPa左右，位于距D站約52 km處。

由圖5可以看出，當?shù)販亟抵?℃時，在D、C、B均點加熱爐（其中D、B站加熱至55℃，C站加熱至34℃）的情況下，若新光原油輸量能夠達到1 398 t/d，C站的進站溫度（11℃）剛好滿足安全輸送要求，此時管內(nèi)最高壓力221 kPa左右，位于距D站約28.6 km處。

由圖6可以看出，當?shù)販亟抵?℃時，在D、C、B、塔A站均點加熱爐（加熱至55℃）的情況下，沿線各站進站溫度均滿足安全輸送要求，此時管內(nèi)最高壓力223 kPa左右，位于距D站約28.6 km處。

由圖7可以看出，當?shù)販亟抵?℃時，在D、C、B均點加熱爐（其中D、B站加熱至55℃，C站加熱至28℃）的情況下，沿線各站進站溫度均滿足安全輸送要求，此時管內(nèi)最高壓力339 kPa左右，位于距D站約28.6 km處。

5 結(jié)論與建議

1）若單獨輸送新光原油，當?shù)販氐陀?℃時，塔-鐵D377線無法安全運行。為此，在全線均點爐的情況下，可考慮增大新光油輸量運行。地溫3℃時，新光油需增至1 398 t/d。

2）若采用新光原油+A號原油模式，當?shù)販氐陀?℃時，塔-鐵D377線無法安全運行。為此，在D、B站點爐的情況下，當?shù)販卦?℃時必須提高新光原油產(chǎn)量至1 398 t/d。

3）若采用新光原油+B號原油模式，在全線均點爐的情況下，地溫3℃時該線可以安全運行。

4）若采用新光原油+A號原油+B號原油模式，在D、B站點爐的情況下，地溫3℃時該線可以安全運行。

綜合考慮原油產(chǎn)量、點爐能耗站數(shù)及現(xiàn)場實際，建議2022年冬季采用新光原油+A號原油+B號原油的輸送模式。若A號原油無法進入塔-鐵D377線輸送，則采用新光原油+B號原油的輸送模式，但需加快C站加熱設(shè)施建設(shè)。