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    塔-鐵D377線冬季安全運行分析

    2023-01-05 06:34:58王銀強薛潤斌劉霞馮晶王樸代建東褚楚丁慧美
    關(guān)鍵詞:輸量新光進站

    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)。

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