梅明

摘 要：我國(guó)長(zhǎng)輸管道建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期，管道運(yùn)輸對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要的促進(jìn)作用。開展降低熱油管道運(yùn)行能耗方面的研究非常必要，降低管道的能耗費(fèi)用不僅僅是降低進(jìn)站溫度的問題，而是一個(gè)牽涉到整個(gè)運(yùn)行方案的綜合性問題。本文以鐘市--荊門原油輸送管道為例，詳細(xì)分析了管道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算出了管道總傳熱系數(shù)。并以此為基礎(chǔ)對(duì)不同工況的管道參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，給出了其參考值。對(duì)管線的停輸時(shí)間也進(jìn)行了計(jì)算認(rèn)為當(dāng)管線停輸后，極易發(fā)生凝管事故，并建議在管線中間設(shè)加熱站，適當(dāng)提高中間輸送溫度，防止出現(xiàn)凝管事故。對(duì)鐘市--荊門管線系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為在正常設(shè)計(jì)輸量的情況下，管線均可以按不加熱的方式運(yùn)行，除管線強(qiáng)度和泵的增壓能力外，不會(huì)發(fā)生因管線溫度過低而導(dǎo)致管線凝結(jié)的問題。而在低于正常設(shè)計(jì)輸量的情況下，建議在嚴(yán)寒的二月份排量大于64.80 m3/h，輸油運(yùn)行正常是有保證的。

關(guān)鍵詞：鐘市--荊門;輸油管線;參數(shù)優(yōu)化;輸油工藝

1 前言

對(duì)于石油、天然氣的長(zhǎng)距離輸送，目前采用最多的是管道運(yùn)輸。對(duì)于目前的石油工業(yè)界來說，管道運(yùn)輸已經(jīng)成為不可逆的趨勢(shì)，管道運(yùn)輸具有運(yùn)輸承載量大、占地面積少、管道運(yùn)輸建設(shè)成本低、管道運(yùn)輸連續(xù)性強(qiáng)安全可靠等優(yōu)點(diǎn)[1]。但是如何減少輸油的運(yùn)費(fèi)，降低輸送過程中的風(fēng)險(xiǎn)等方面的內(nèi)容是亟待考慮的。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)必須按照市場(chǎng)的需求對(duì)其運(yùn)行的管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低產(chǎn)品的單位成本，才能夠提高企業(yè)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中的競(jìng)爭(zhēng)力。通過各種優(yōu)化措施以及可行方案的技術(shù)分析[2]、經(jīng)濟(jì)比較和效益評(píng)價(jià)[3]、尋優(yōu)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)組合，從而確定出經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行參數(shù)，使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)下，達(dá)到節(jié)約能源、少投入、多產(chǎn)出、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的[4-6]。由此可見，輸油管道優(yōu)化運(yùn)行方案研究是一個(gè)很有潛力的發(fā)展方向，對(duì)輸油管道優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

本文以鐘市--荊門管道為例，應(yīng)用流體力學(xué)及熱力學(xué)相關(guān)理論，對(duì)現(xiàn)有管線運(yùn)行進(jìn)行計(jì)算分析，研究管線沿程流體的壓力和溫度的變化規(guī)律，進(jìn)而對(duì)管線正常運(yùn)行做出可行性評(píng)價(jià)分析，并對(duì)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，做出可行性解決方案。

2 管道概況

鐘市--荊門管道全長(zhǎng)69.456km，起點(diǎn)高程1291m，終點(diǎn)高程1170m，全程高差121m，沿線地形地勢(shì)較為平緩，全線敷設(shè)于湖北省省境內(nèi)，沿途經(jīng)潛江、荊門2縣市。管道外防腐采用環(huán)氧粉末涂層，不考慮內(nèi)襯;管道保溫采用聚氨酯泡沫塑料“黃夾克”，保溫厚度30mm。全線采用加劑加熱處理降凝密閉輸送工藝。管徑采用219*6mm規(guī)格，設(shè)計(jì)年輸油量為100*104t，管道設(shè)計(jì)埋深為1.2-1.4m。最高出站設(shè)計(jì)溫度為60℃，加劑最低進(jìn)站溫度為12℃，管道中心埋設(shè)地溫為3℃。全線不設(shè)反輸流程，在事故狀態(tài)下，確保24h內(nèi)及時(shí)處理來確保輸油管道的安全。中間清管站設(shè)水擊泄放裝置，泄放壓力為3.0MPa，延煉末站設(shè)水擊泄放，泄放壓力為5.5MPa。管道總傳熱系數(shù)K=1.0W/（m2.℃）。

3 不同工況的計(jì)算

結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蚣坝吞镔Y料，夏季管線排量約為46-78m3/h，起點(diǎn)壓力p1=3.1-3.2MPa，起點(diǎn)溫度t1=22-32℃，環(huán)境溫度在t0=11.6-19.4℃范圍內(nèi)，管道直徑為d1in= 219*6mm。經(jīng)過計(jì)算可知在輸油量超過77m3/h時(shí)，正常運(yùn)行的起點(diǎn)壓力不足以原油送達(dá)下游站。在初夏，按正常運(yùn)行參數(shù)的管內(nèi)流體的溫度偏低。故應(yīng)在夏初和秋初，對(duì)流體還需稍為加熱。但隨著地溫的提高，在上表的起點(diǎn)壓力下輸油，管內(nèi)原油的溫度必然會(huì)逐步提高。

結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蚣坝吞镔Y料，冬季管線排量約為46-77m3/h，起點(diǎn)壓力p1=3.1-3.2MPa，起點(diǎn)溫度t1=65-75℃，環(huán)境溫度在t0=-2-4℃范圍內(nèi)，管道直徑為d1in=219* 6mm。經(jīng)計(jì)算可以得知，在設(shè)計(jì)的46-77m3/h正常輸量下，通過加熱加劑工藝措施，從進(jìn)站溫度、最大壓力、最小壓力等參數(shù)來看，均可順利地進(jìn)行原油的輸送。因此從原油流變性的角度分析，鐘市--荊門管線根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)可正常投運(yùn)。

4 停輸時(shí)間的計(jì)算

管線停輸時(shí)，流體溫度下降是一個(gè)非穩(wěn)定的傳熱過程。按簡(jiǎn)化的分析計(jì)算，研究了停輸后鐘市--荊門管線內(nèi)原油的溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律。以隆冬的二月份發(fā)生停輸?shù)那闆r為例，計(jì)算發(fā)生停輸后的溫降如圖1所示。正常運(yùn)行時(shí)的參數(shù)如下：排量：65.0m3/h，上游壓力：3.2MPa，原油相對(duì)密度：0.8394，上游溫度：80.0℃，環(huán)境地溫：2.9℃。

從原油溫度分布與停輸時(shí)間的關(guān)系圖可以看出，當(dāng)管線停輸后，管線出口處的溫度在24h的搶修時(shí)限已降到接近原油凝點(diǎn)甚至低于原油凝點(diǎn)的溫度，因此管線停輸后，在靠近出口30km的管段極易發(fā)生凝管事故，在不設(shè)反輸流程的條件下，24h的搶修時(shí)限在管道運(yùn)營(yíng)中不可能實(shí)現(xiàn)。根據(jù)這種情況，建議在管線中間設(shè)加熱站，適當(dāng)提高中間輸送溫度，防止出現(xiàn)凝管事故。

5 對(duì)管線低于設(shè)計(jì)輸量的評(píng)價(jià)

目前的實(shí)際情況是，鐘市站的現(xiàn)有輸送量均大大低于設(shè)計(jì)排量。在現(xiàn)階段，管線實(shí)際的排量為qo=45-77m3/h。從計(jì)算結(jié)果可以看出當(dāng)排量低于64.8m3/h時(shí)，即使將原油加熱到80℃輸送，下游的油溫仍然低于20℃;當(dāng)排量高于64.8m3/h，加熱輸送均能保證下游的油溫高于20℃。其輸送壓力在現(xiàn)有設(shè)備的能力范圍之內(nèi)，故在嚴(yán)寒的二月份只要排量大于64.80m3/h，輸油運(yùn)行正常是有保證的。由此可以推斷，在環(huán)境溫度高于二月份地溫的其他需加熱輸送的月份，其運(yùn)行應(yīng)該更有保證，且首站的原油加熱溫度都應(yīng)較二月份有所降低。在本管線的加熱輸送時(shí)，其耗能是很高的，特別是在遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)排量的小排量輸送時(shí)，更是如此。能耗過高主要是由于排量太低和管徑小引起的，特別是在小排量下，管中原油的溫度下降過快。

6 結(jié)論與建議

在正常設(shè)計(jì)輸量的情況下，無論是在夏季，還是在最嚴(yán)寒的二月份，管線均可以按不加熱的方式運(yùn)行，除管線強(qiáng)度和泵的增壓能力外（管線強(qiáng)度和泵的增壓能力，應(yīng)是原管線設(shè)計(jì)必須考慮的問題），不會(huì)發(fā)生因管線溫度過低（其下游站的油溫均高于20℃），而導(dǎo)致管線凝結(jié)的問題。將原油加熱到80℃輸送，下游的油溫仍然低于20℃;當(dāng)排量高于64.8m3/h，加熱輸送均能保證下游曲子站的油溫高于20℃。其輸送壓力在現(xiàn)有設(shè)備的能力范圍之內(nèi)，故在嚴(yán)寒的二月份只要排量大于64.80m3/h，輸油運(yùn)行正常是有保證的。由此可以推斷，在環(huán)境溫度高于二月份地溫的其他需加熱輸送的月份，其運(yùn)行應(yīng)該更有保證，且首站的原油加熱溫度都應(yīng)較二月份有所降低。當(dāng)管線停輸后，管線出口處的溫度已降到接近原油凝點(diǎn)甚至低于原油凝點(diǎn)的溫度，極易發(fā)生凝管事故，在不設(shè)反輸流程的條件下，24h的搶修時(shí)限在管道運(yùn)營(yíng)中不可能實(shí)現(xiàn)。根據(jù)這種情況，建議在管線中間設(shè)加熱站，適當(dāng)提高中間輸送溫度，防止出現(xiàn)凝管事故。

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