轻烃管网顺序输送的可行性研究

梁永图 张 妮 姜夏雪 周江宏

1.中国石油大学（北京）2.中国石油管道公司管道科技研究中心 3.中国石油大庆油田有限责任公司天然气分公司

油气田轻烃来源于两方面：①原油开采后，经原油稳定装置处理后得来；②在天然气净化过程中通过天然气深冷和浅冷装置生产而来[1]。其主要成分是C3～C5的烷烃。目前轻烃作为一种新的能源逐渐被利用起来[2－3]。某油气田轻烃管网采用间歇混合输送的方式将不同处理装置生产的不同轻烃产物混合输送至下游，导致管网运行存在2个问题：①系统以间歇输送模式运行易导致泵机组启停频繁，系统压力波动较大，降低了泵机组寿命；②深冷烃、浅冷烃和原稳烃混输会造成轻烃质量下降，系统压力偏高，外输泵能耗偏大[4]，经济效益降低。因此，有必要对轻烃管网的输送模式进行改造[5]。借鉴成品油管道顺序输送原理[6]，提出该轻烃管网顺序输送方案，并验证其水力可行性及经济性，以期改善轻烃管网的运行现状，为轻烃管网系统改造提供理论指导。

1 轻烃管网系统

某油气田轻烃管网系统为枝状的网络结构，总长度为410.9km，包含12条输烃管道、16个油气处理站、输烃管道38条（管径为76～219mm）。经过多年的扩建改造，该轻烃管网系统的管道、产烃站场逐渐增多，废弃、在用、在建管道交错。为便于研究，根据管道之间的地域因素和水力相关性，将其划分为3个互相独立的子系统，分别进行研究。

从地域分布来看，该轻烃管网系统可划分为杏区与北部区块，两者之间没有管道相连，各自形成独立的水力系统。其中，北部区块为网状结构，因A站场与K站场之间管道已停止使用，因此，将北部区块细分为北区和南区。轻烃管网系统的拓扑示意图、子系统划分情况见图1、表1。图1中绿色表示浅冷烃，红色表示原稳烃，黄色表示深冷烃，黑色箭头线表示混输管道，其余有色箭头线则为仅输送对应颜色单种轻烃的管道。椭圆节点（N、Q、T）仅仅作为轻烃输送中途转接节点之用，并不生产轻烃。A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、O、P、R、S分别代表不同的产烃站场。

图1 轻烃管网拓扑结构示意图

表1 轻烃管网系统划分及各站场产烃类型统计表

2 系统顺序输送方案研究

考虑到该轻烃管网系统管道直径与输送烃类的外输量均较小，若采用单烃单管输送的方案，将导致建设投资增大、单位输烃成本上升。因此，基于目前轻烃管网的实际情况，采用顺序输送模式改善轻烃管网的工艺现状。

与一般成品油管道进行顺序输送不同，该轻烃管网系统各站场均为注入操作。结合顺序输送注入（分输）模式[7]，考虑轻烃管网系统的运营与下游需求，轻烃管网系统进行顺序输送时应遵循以下原则：

1）所有站场采取集中注入方式进行轻烃注入作业。

2）为了确保管道稳定运行，应尽量避免各站场同时注入轻烃；同时应尽量使相邻站场相继注入轻烃，避免输量波动太大[8]。

3）各站场注入轻烃时应避开混烃段[9]。

4）各站场注入轻烃管网时，必须满足各注入支线的管输能力及外输泵的工作流量要求[10]。

2.1 制订调度计划

以南区为例说明该轻烃管网系统顺序输送调度计划的制订过程。依据南压轻烃注入的实际情况（图1），考虑将K、J站场所产深冷烃通过单独管道进行外输，而K、I、H站场所产原稳烃和J站场所产浅冷烃进行顺序输送。南区节点T并不产烃，仅利用其较大的储罐容量作调节之用。根据现场提供的南区轻烃管道里程、高程、管径、壁厚、管长等基础参数（图2），为便于研究，将南区管道模型简化为单源多注入的管道系统（图3）。

图2 南区轻烃管道示意图

图3 南区轻烃管道简化模型图

综合考虑各站场产烃类型、产烃量、泵机组外输量、启泵时间需求、管道承压能力、输烃顺序、混烃界面等[11]，计算得出适用于南区轻烃管网的顺序输送方案（图4）[12]。图4的横轴表示输送时间，纵轴表示各站场距离首站的距离，图中的有色矩形表示轻烃注入的时间窗（矩形长方向的起点为开始注入时间，终点为结束注入时间），时间窗的颜色表示注入轻烃的类型，绿色代表浅冷烃，红色代表原稳烃。另外，时间窗的高度和流量大小成正比。时间窗周围显示该批次的注入工况，如“4.9／21.3／25”表示该时间窗注入开始于4.9h，结束于21.3h，流量为25m2／h。T节点轻烃的存储时间依据各站场注烃时间而定，如，K站场注入的原稳烃在T节点暂储（见图4中A虚线处），以使K站原稳烃、J站浅冷烃、H站原稳烃产生的混烃量最少（见图4中B点）。

图4 南区轻烃管网顺序输送方案图

相应的外输泵运行方案如表2所示。

2.2 水力可行性验证

根据上述提出的南区轻烃管网顺序输送方案，分别对烃类进入轻烃总库罐区和实现越库2种方式进行水力可行性验证（表3）。由表3可知，各管道并未超压，且外输泵能够提供轻烃顺序输送所需要的能量，因此该方案具有水力可行性。

表2 南区轻烃管网顺序输送外输泵运行方案表

2.3 经济性验证

结合现场数据，从泵站运行费用和混烃量两方面来验证南区轻烃管网顺序输送方案的经济性（表4）[13]。表4表明，南区轻烃管网实现顺序输送后，可节省泵站运行费用76 678元／a。

另外，采用Austin－Palfrey公式计算轻烃管网顺序输送时不同批次界面之间的混烃量比目前混输模式下的混烃量约少133×104m3／a[14]。整个轻烃管网系统采用顺序输送模式后经济性得到了较好验证（表5）。

3 结束语

轻烃管网系统的复杂性直接增加了其运行、改造的难度。针对该复杂轻烃管网系统粗放式间歇混合输送原稳烃、浅冷烃和深冷烃造成的若干问题，提出管网顺序输送设想，并给出适用于现场的顺序输送方案，验证了该方案的水力可行性，并从泵站运行费用和混烃量两方面分别验证了该方案的经济性，为轻烃管网顺序输送运行提供了理论指导。

表3 南区轻烃管网顺序输送水力可行性验证表

表4 南区轻烃管网顺序输送的泵站运行费用表

表5 轻烃管网顺序输送模式的经济性验证表

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