长输管道原油差温顺序输送技术探讨

长输管道原油差温顺序输送技术探讨

刘学波,杨新镇,王海涛

中国石化胜利油田分公司油气输送总厂管道巡护中心，山东 东营，257000

摘要：在同一条管道对低凝低黏原油与易凝高黏原油顺序输送时，对两种介质按照其凝点采用不同控制进站温度运行，即采用差温顺序输送工艺，可以显著降低管输加热能耗，降低输油成本。关于冷热原油顺序输送工艺，由于冷热原油交替输送过程中油品出站温度要求不同，需要对原油差温顺序输送过程中的热传递机理进行分析研究，选择合适的加热时机，建立差温顺序输送数学模型，降低管道原油输送输差，为管道的安全平稳经济运行提供技术支持。

关键词：管道输送；顺序输送技术；原油输送

原油差温顺序输送是指原油顺序输送时，根据原油物性差异，不同原油采用不同出站温度。停输安全性是该输送工艺的重要技术问题，目前，学术界对该问题的研究尚处于起步阶段。相关文献针对仅有两种原油的差温顺序输送，对停输再启动过程进行了研究，但未对停输安全性做深入分析。停输初始时刻管内原油种类及其热力状态、土壤温度场及土壤蓄热量对停输安全性具有重要影响。对于原油差温顺序输送管道而言，这些因素在管道进入“循环稳态”后呈“准周期性变化”。故不同停输初始状态对应不同安全停输时间，停输初始状态易于在管道运营中控制停输安全风险发挥主观能动性。

一、选择合适的加热时机

对于差温顺序输送原油管道，低凝原油（冷油）与高凝原油（热油）在顺序输送过程管内油流温度的变化趋势正好相反。当冷油进入管道后，在推进过程中将不断地从热油输送过程中已建立的温度场中吸收热量，且沿轴向方向温度场对冷油的加热作用也逐渐减弱，因此在一个输送周期内冷油油尾到达下站的进温最低。当热油开始进入管道后，由于前行冷油的吸热效应管道周围温度场散失大量热量，因此热油在推进过程中将不断地与周围进行热传导，补充已散失的热量重新建立温度场。但随着输送的不断继续，土壤蓄热量逐渐提高，后续热油的散热量会逐渐减少。因此，在一个输送周期内热油油头的温度降幅最大。

从确保管道输油的安全角度，确保温度降幅最大的热油头到达下站进站温度高于凝点是最为重要的一个控制点。由前述分析，可以采用对冷油油尾提前加热的方式进行土壤温度场预热，以降低热油头到下站的温降幅度，提高输送的安全性。同时，也可以根据热油头的温度降幅在保证进站温度要求的前提下适当降低其出站温度来降低输油成本。但是对低凝油油尾提前多长时间加热是决定运行方案是否安全经济的最重要因素，这就涉及加热时机的确定问题。

二、建立差温顺序输送数学模型

原油管道差温顺序输送是一个非稳态管道热力-水力耦合过程，既是管道内原油的热力和水力耦合的过程，也是管道内原油温度与管道外物质耦合的过程。埋地热油管道的传热过程可近似分为三个部分，一是管内原油以热对流方式将热量传给管道内壁，二是热量再经过管壁、防腐层传给管道周围土壤，三是土壤所含热量经地面与大气进行热交换。由于埋地热油管道的热传导过程非常复杂，在其数学计算模型的建立与计算时可做适当的简化：在原油输送过程中，管道在同一截面上温度均匀分布，管内油温随时间轴向变化；综合考虑管道周围土壤的性质为包含固体、液体和气体的多相分散体系，在计算过程中将各因素统一归结为土壤的导温系数，采用导热微分方程来表示传热形式；忽略轴向温降，将三维不稳定导热问题简化为二维不稳定导热问题；对土壤热力影响区域进行划分时，将半无限大的土壤介质区域简化为有界的矩形管道热力影响区以此做为计算区域，如图1所示。采用三角形网格对管内及埋地管道的周围土壤计算区域进行离散。根据热力分布情况，距离管道中心越近的位置土壤温度受热油管道影响越大，温差越大，温度梯度也越大，因此在进行网格划分时，疏密程度也是由近及远存在差别。本文对油流换热方程和传热方程分别采用有限差分法和有限容积法进行离散，并对离散方程采用Gauss-Seidel法求解计算。

三、管道原油输送输差降低措施

节约自用油。针对原油开采、存储、输送过程中自用油的损耗，需要通过节约自用油的方式减少原油的损耗。首先，在原油加热环节，对用量较大的加热炉需要改变原油的计量方法，提高原油计量的精确度，减少原油计量中的误差，对原油的消耗量进行精准的控制；其次，对原油加热系统进行升级改造，采用节能降耗技术提高加热效率，减少热能损耗，从而达到降低原油消耗的目的；再次，合理的控制原油的出站温度，在确保安全的前提下控制温度，减少损耗；最后，对实验用油进行回收再利用，减少此类原油的浪费。

降低原油损耗。降低原油损耗可以从两个方面入手，其一是确保原油运输管道在运输过程中的稳定性，并尽量降低中间站旁接罐的液面起伏；其二是尽可能减少管道原油输送中的干扰，避免发生不可控的意外[1]。要实现以上两点，可以从以下方面对原油损耗进行控制：用于原油存储的油罐应当优先选择浮顶罐，如果使用拱顶罐进行原油存储，则可以通过在油罐上安装呼吸阀挡板的方式减少原油的损耗；合理控制油罐内原油的温度，按照油罐内油品的性质进行控温，在满足原油交接计量的温度要求的基础上尽可能降低温度，可以有效减少原油的挥发；对原油运输及交接计量进行控制，减少原油运输中跑油、漏油等现象，提高交接计量的质量，减少计量误差，更新计量设备，减少流量计卡顿等现象造成的原油损耗；采用现代化的科技手段对原油的存储、运输环节进行严密的监控，安装报警装置，对盗油的可疑行为进行监视，一旦发现问题及时进行报警，针对原油存储、运输中的突发事故和故障进行自动定位和报警，以便于相关人员及时进行解决；加强对原油输送管道的巡查，定期进行维护、检修和保养，避免管道出现结垢、侵蚀、裂缝等问题而造成的原油损耗。

总之，原油差温顺序输送管道停输再启动安全性与停输初始状态密切相关，一个输送周期内，管内充满低凝油时，基本不存在停输安全风险；高凝油顶低凝油时，停输安全风险单调递增，高凝油油头到达进站口时停输最危险；管内充满高凝油时，停输安全风险单调递减；低凝油顶高凝油时，停输安全风险单调递减。无量纲排空时间定量地反映了再启动的难易程度，多数情形下，不同停输时机的无量纲排空时间相差明显，且随停输时间延长，该差异增大。因此，在原油差温顺序输送管道运营中，对于计划性停输，应在管内充满低凝油时段内停输；为防止意外停输带来的风险，应在经济性可行的条件下，尽量提高高凝油油头到达进站口时刻停输的安全性。

参考文献：

[1]刘莹.降低管道原油输送输差的措施分析[J].全面腐蚀控制，2021，35（10）：96-98.