差溫順序輸送高凝原油輸送工藝設(shè)計

摘 要 根據(jù)油品物性，對高凝原油1#原油進行降凝劑試驗，通過軟件模擬分析差溫順序輸送高凝原油過程中的流動特性和傳熱特性。結(jié)果表明：差溫順序輸送1#高凝原油時應(yīng)采用加降凝劑輸送工藝，當降凝劑濃度為800ppm時，1#原油凝點可降至36 ℃；差溫順序輸送兩種油品時，末站進站溫度應(yīng)高于41 ℃；投產(chǎn)期間，一個輸送批次時間為3.5 d，順序輸送1#原油初期需采用加降凝劑輸送工藝；設(shè)計流量下，一個輸送批次時間為3.0 d，順序輸送1#原油是否采用加降凝劑輸送工藝的臨界地溫為12 ℃。

關(guān)鍵詞 高凝原油 差溫順序輸送 降凝劑 輸送批次 臨界地溫

中圖分類號 TQ050.4+2 " 文獻標志碼 A " 文章編號 0254?6094（2024）04?0619?08

高凝原油由于凝點比較高，在輸送過程中能耗較大，導(dǎo)致其管輸工藝復(fù)雜。為實現(xiàn)節(jié)能降耗、降本增效、安全運行的目的，近年來，國內(nèi)專家學(xué)者們對高凝原油輸送工藝進行了大量的研究，如添加降凝劑、摻稀油及超聲波處理等［1］。目前，通過向原油中添加降凝劑的技術(shù)成熟，并且在管道輸送中應(yīng)用廣泛［2，3］。然而，影響降凝劑作用效果的因素眾多［4～6］，如原油組成及物性、含蠟量、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量、降凝劑結(jié)構(gòu)、熱處理溫度、冷卻速度及剪切速率等。為此，亟需研究一種適用于高凝原油的輸送工藝，保證管道運輸?shù)陌踩煽窟\行。

內(nèi)蒙古自治區(qū)某地區(qū)建設(shè)有兩個油田，分別標記為1#油田、2#油田，對應(yīng)原油分別標記為1#原油、2#原油。1#原油和2#原油油品的凝點差距較大，1#原油凝點高達48 ℃，為高凝點原油，2#原油凝點僅為15 ℃。兩種原油密度相差不大，但含蠟量均高于10%，為高含蠟原油。筆者根據(jù)這兩種原油的物性特點，對高凝原油1#原油進行降凝劑試驗，通過SPS軟件模擬研究差溫順序輸送1#原油與2#原油在管輸過程中的傳熱和流動特性，進而優(yōu)化管輸運輸方案，該研究可為其他油田高凝原油輸送工程提供重要的參考意義。

1 管道輸送基礎(chǔ)參數(shù)

管道所處內(nèi)蒙古自治區(qū)某市，屬于典型的中溫帶大陸性季風氣候。管道設(shè)計輸量為200×104 t/a，全線設(shè)置一座首站和一座末站。管道全長約21.5 km，沿線所處平原地帶，地勢平緩無高差。管道管頂最小埋深為1.4 m，管中心埋深約1.6 m。全年沿線地溫數(shù)據(jù)見表1。

油品輸送溫度主要依靠儲罐維溫，儲存1#原油的儲罐維溫溫度為60 ℃，儲存2#原油的儲罐維溫溫度為55 ℃。全線按保溫設(shè)計，保溫層厚度50 mm?？紤]沿線地下水位較高，DN 250管線埋地總傳熱系數(shù)K取0.85 W/（m2·℃）。得到1#原油、2#原油在不同剪切速率下的黏度值見表2、3。

2 油品降凝試驗

通過對1#原油進行降凝劑篩選試驗，確定降凝劑的類型為BEM?5P。然后進行降凝劑濃度試驗，得到混合原油不同加藥量下的降凝試驗數(shù)據(jù)見表4。由表中數(shù)據(jù)可以看出，當降凝劑濃度為800ppm（1ppm=0.001‰）時，1#原油的凝點可降至36 ℃，是一個較理想的狀態(tài)。表5是降凝劑濃度為800ppm時不同剪切速率下的1#原油黏度值。

設(shè)計輸量下油品剪切速率約44 s-1，因此選取與設(shè)計值接近的48.6 s-1作為實際剪切速率，得到添加降凝劑前后1#原油黏度變化如圖1所示?？梢钥闯?，以54 ℃為分界點，當溫度低于54 ℃時，添加降凝劑后1#原油黏度得到了有效降低，尤其當溫度低于50 ℃時1#原油黏度大幅下降，當溫度高于50 ℃后，黏度下降較??；當溫度高于54 ℃后，添加降凝劑的1#原油黏度反而略微上升，這表明在較低溫度下降凝劑對1#原油的降凝效果較好。

3 差溫順序輸送工藝

3.1 順序輸送溫度要求

根據(jù)GB 50253—2014《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》的要求：原油的輸送溫度宜高于原油凝點3～5 ℃?？紤]到添加降凝劑后1#原油的凝點降至36 ℃，因此在順序輸送1#原油、2#原油時，末站進站溫度不1#原油黏度變化應(yīng)低于41 ℃。

3.2 順序輸送工藝計算

3.2.1 穩(wěn)態(tài)

3.2.1.1 冬季

設(shè)計流量和最小流量下輸送1#原油、2#原油的冬季穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果見表6、7。

3.2.1.2 夏季

夏季環(huán)境溫度較高，此時，設(shè)計流量和最小流量下輸送1#原油、2#原油的夏季穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果見表8、9。

3.2.2 差溫順序輸送分析

3.2.2.1 投產(chǎn)期間

投產(chǎn)期間，順序輸送1#原油、2#原油的穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果見表10。

裝置于9月投產(chǎn)，此時地溫為19.5 ℃，流量為182 m3/h，根據(jù)兩種油品產(chǎn)量（1#原油產(chǎn)量為2 759 t/d，2#原油產(chǎn)量為1 079 t/d），計算得到一個輸送批次的用時為3.5 d（其中輸送1#原油用時2.5 d，輸送2#原油用時1.0 d）。采用SPS軟件模擬仿真得到一種原油切換至另一種原油1.0 h后管道沿線水力坡降如圖2、3所示?？梢钥闯?，由于兩種油品密度相差不大，輸送條件下黏度相近，因此，當由一種油品切換為另一種油品時，管道沿線的水力坡降變化不大。

圖4是1#原油切換為2#原油后，管道首站出站溫度與末站進站溫度在一個輸送批次內(nèi)（其中，輸送1#原油2.5 d，輸送2#原油1.0 d）的變化。由圖中曲線可以看出，管道末站進站溫度最低為51.9 ℃，高于單獨輸送2#原油時的進站溫度，但卻低于53 ℃（即不加降凝劑1#原油凝點之上5 ℃）。因此，當由2#原油切換為1#原油初期需要添加降凝劑，若管道末站進站溫度高于53 ℃（此時距離切換1#原油時間約11.5 h），則首站停止加降凝劑。

3.2.2.2 設(shè)計流量下

根據(jù)兩個油田的產(chǎn)量進行預(yù)測，到2025年，1#原油產(chǎn)量穩(wěn)步上升，2#原油產(chǎn)量穩(wěn)定，總產(chǎn)量可達2×106 t/a，達到管道設(shè)計流量；2025年至2040年期間，總產(chǎn)量可維持在2×106 t/a。

當?shù)?月份地溫僅2.5 ℃，流量為260 m3/h，根據(jù)兩種油品產(chǎn)量，設(shè)定一個輸送批次時間為3.0 d（其中，輸送1#原油2.28 d，輸送2#原油0.72 d）。兩種油品在一個輸送批次內(nèi)油品切換1.0 h后沿線水力坡降如圖5、6所示，首站出站溫度、末站進站溫度如圖7所示。

由圖5、6可以看出，由于兩種油品密度相差不大，輸送條件下黏度相近，設(shè)計流量下當由一種油品切換為另一種油品時，管道沿線的水力坡降變化不大。由圖7可以看出，在一個輸送批次內(nèi)，末站進站溫度最低為52.2 ℃，高于單獨輸送2#原油時的進站溫度，但卻低于53 ℃（不加降凝劑1#原油凝點之上5 ℃）。因此，在2#原油切換為1#原油初期需要添加降凝劑，當末站進站溫度高于53 ℃時（此時距離切換1#原油時間約7.7 h），首站停止加降凝劑。

3.3 地溫對差溫順序輸送工藝的影響

當投產(chǎn)地溫為12 ℃，流量為260 m3/h時，根據(jù)兩種油品產(chǎn)量，設(shè)定一個輸送批次時間為3.0 d（其中，輸送1#原油2.28 d，輸送2#原油0.72 d）。一個輸送批次內(nèi)首站出站溫度、末站進站溫度如圖8所示?？梢钥闯?，當?shù)販貫?2 ℃時，在一個輸送批次內(nèi)，末站進站溫度最低為53 ℃，滿足不加降凝劑時1#原油凝點之上5 ℃的輸送要求。因此，設(shè)計流量下，當管道沿線地溫高于12 ℃時，輸送1#原油時可以不添加降凝劑；當管道沿線地溫低于12 ℃時，輸送1#原油初期需采用添加降凝劑的輸送方式。

4 結(jié)論

4.1 順序輸送高凝原油1#原油時要采取加降凝劑的輸送工藝；當降凝劑濃度為800ppm時，1#原油凝點可降至36 ℃。

4.2 差溫順序輸送過程中，為避免油品切換導(dǎo)致沿線溫度場變化引起高凝原油凝結(jié)，末站進站溫度需高于41 ℃，即加劑后溫度處于1#原油凝點之上5 ℃。

4.3 投產(chǎn)期間，當?shù)販貫?9.5 ℃，輸送流量達到182 m3/h時，一個輸送批次時間為3.5 d（其中，輸送1#原油2.5 d，輸送2#原油1.0 d）。兩種油品切換時，管道沿線水力坡降變化不大。在2#原油切換為1#原油初期需采用加降凝劑輸送方式，當末站進站溫度高于53 ℃時（此時距離切換1#原油時間約11.5 h），首站停止加降凝劑。

4.4 全年最冷月地溫為2.5 ℃，當設(shè)計流量達到260 m3/h時，一個輸送批次時間為3.0 d（其中，輸送1#原油2.28 d，輸送2#原油0.72 d）。兩種油品切換時，管道沿線水力坡降變化不大。在2#原油切換為1#原油初期需采用加降凝劑輸送方式，當末站進站溫度高于53 ℃時（此時距離切換1#原油時間約7.7 h），首站停止加降凝劑。

4.5 當設(shè)計流量為260 m3/h時，一個輸送批次時間為3.0 d（其中，輸送1#原油2.28 d，輸送2#原油0.72 d）。兩種油品切換時，輸送1#原油是否采用降凝劑輸送工藝時的臨界地溫為12 ℃。當?shù)販馗哂?2 ℃時，輸送1#原油時采用不加劑輸送工藝；當?shù)販氐陀?2 ℃時，輸送1#原油需采用加劑輸送工藝。

參 考 文 獻

［1］ 徐亮，艾月喬，李海娜，等.日東原油管道高黏油摻混輸送工藝［J］.油氣儲運，2019，38（9）：1009-1014.

［2］ 于濤，殷炳綱，林永剛，等.長呼原油管道優(yōu)化運行分析［J］.油氣儲運，2014，33（6）：665-668.

［3］ 王成林，梁明，李鳳緒，等.大落差管道改性輸送工藝研究［J］.化工機械，2021，48（5）：671-677.

［4］ 吳本芳，吳一昊，方波，等.高凝原油用聚合物型降凝劑的制備及其降凝機理［J］.精細石油化工，2017，34（6）：45-50.

［5］ 張拂曉，方龍，曼兆廣，等.高凝原油降凝劑的制備及其降凝機理［J］.石油學(xué)報（石油加工），2009，25（6）：801-806.

［6］ 李愷翔，朱玉高.高凝原油降凝劑的合成及性能研究［J］.當代化工，2016，45（11）：2508-2510.

（收稿日期：2023-09-14，修回日期：2024-07-08）

Design of Differential Temperature Sequential Transportation

Technology for the Crude Oil with High Pour Point

WANG Cheng?lin1， YU Peng2， LIU Miao?ting1， CAI Lei1

（1. CPECC North China Company； 2. Shandong Zhenhua Oil Energy Reserve Co.， Ltd.）

Abstract " Considering the physical properties of oil， the pour?point reducer test of 1# high pour?point crude oil was carried out， including making use of the software simulate both flow characteristics and heat transfer characteristics of the high pour?point crude oil in its differential temperature sequential transportation. The results show that， the pour?point depressant?added delivery process for the 1# high pour?point crude oil should be adopted in the differential temperature sequential transportation. When the concentration of pour?point depression agent stays at 800ppm， the 1# crude oil’s freezing point can be reduced to 36 ℃； when two kinds of oils are transported in differential temperature sequence， the inlet temperature at the end station should be higher than 41 ℃； during the production， the delivery time of a transportation batch asks for 3.5 days and the pour?point depressant has to be added for the delivery process in the initial stage. Under the design flow rate， the delivery time of a transportation batch is 3.0 days， and the critical ground temperature for the sequential delivery of the 1# crude oil is 12 ℃.

Key words " "high pour?point crude oil， differential temperature sequential transportation， pour?point depressant， transportation batch， critical ground temperature

基金項目：中國石油工程建設(shè)有限公司華北分公司科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項目（批準號：2022HBKJ01）資助的課題。

作者簡介：王成林（1984-），工程師，從事油田地面及儲運方向的設(shè)計研究工作，383169746@qq.com。

引用本文：王成林，于朋，劉淼亭，等.差溫順序輸送高凝原油輸送工藝設(shè)計［J］.化工機械，2024，51（4）：619-625；654.