CD2联合站外输油管线热洗周期的确定

2015-09-26王永平徐阳马

油气田地面工程 2015年7期

关键词：结蜡外输输油

王永平徐　阳马　群

1大庆油田采油十厂　2新疆油田公司质量管理与节能处　3重庆科技学院

CD2联合站外输油管线热洗周期的确定

王永平1徐阳2马群3

1大庆油田采油十厂2新疆油田公司质量管理与节能处3重庆科技学院

结蜡是输油管线中常见且具有很大安全隐患的问题，目前多采用定期清管作业（热洗）的方式解决，而清蜡热洗周期的合理确定一直是输油管线工作研究的重点。热洗周期时间短，将增大热洗费用；热洗周期时间长，将影响输油管线的安全运行。通过对CD2联合站外输管线生产动态资料进行分析，明确了输油温度、排量、输油管线长度等与结蜡率的关系，在此基础上应用经验图表法和理论公式法两种方法确定了输油管线的热洗周期，冬季为25天，外输温度68℃；夏季为31天，外输温度58℃。理论公式法与经验图表法确定的热洗周期相差较小。

输油管线；蜡沉积；回压比；热洗周期

蜡为原油的一种组分，随着原油在外输管线运行中压力、温度的降低，蜡逐渐被析出，也称为沉积。由于蜡的沉积，导致外输管线的流通口径缩小，压降以及流动阻力增大，严重时甚至会导致管线堵塞等事故，具有很大的安全隐患。目前，多采取定期热洗清管作业来保障外输管线平稳运行。热洗周期时间短，将增大热洗费用；热洗周期时间长，将影响输油管线的安全运行，因此热洗清蜡周期合理的确定一直是输油管线工作者研究的热点。

1　结蜡规律分析

CD2联—CD1联外输油管线投产于1991年6月，全长13.7 km，管径Ø159 mm。联合站下设3个班组（输油班、收油班、维修班），管理机泵、容器72台套。主要担负三矿、五矿、肇源分公司的原油脱水及合格原油外输工作。自投产运行起，一直保持外输温度75℃以上，每10天热洗一次的工作制度。到2007年，本着节能的理念，降低外输温度，但导致了蜡的沉积加速，引起外输回压异常升高（2006年1月份排量45.0m3/h，回压2.5MPa；目前排量29.1m3/h，回压达到2.5MPa）。

现根据CD2联合站输油管线中原油的性质、组分特点以及前期实验研究成果，进行了不同输油温度、不同排量以及不同管线长度的管道动态结蜡分析［1］，以认清该联合站输油管线的结蜡规律。

1.1原油组分与性质

在相同的输油工作制度下，蜡的析出与原油的性质、组分有关。如原油中轻馏分越多，则蜡结晶沉积的温度越低，即越不容易析出，原油中含蜡量高，则蜡析出的温度相对高；当原油含水率升高时，蜡的沉积量呈下降趋势。在同一温度、含蜡量下，重质组分结蜡量要高于轻质组分的结蜡量。

1.2输油温度与结蜡率的关系

根据CD2联合站生产动态资料分析可知，在输油温度恒定时，排量越大，结蜡率越小。这是由于排量的增大引起流速随之增加，输油管壁的剪切应力变大，油的流动能力加强，进而冲刷作用加大，使得管壁上的结蜡层变薄［2］。在排量恒定时，即流速恒定，随着温度的降低，原油黏度升高，则结蜡率也随之升高。输油温度与结蜡率的关系如图1所示。

图1　CD2联合站输油温度与结蜡率的关系

1.3输油管线长度与结蜡率的关系

在同等排量下，随着管线里程的加长，输油温度、压力均下降，原油不断有蜡析出，在离起点15 km左右处出现了结蜡高值，此后结蜡速率上升幅度加大，到45 km左右达到全线最高值。随后由于油壁温差减小幅度增大以及原油中蜡含量降低，蜡沉积速率以及强度呈下降趋势［3］。同时，随着排量的增大，结蜡最高峰值相对后移，且结蜡速率相对较小，因此增加外输管线的排量可以减缓结蜡速率。

1.4其他因素

输油管壁的粗糙度也是影响蜡析出的一个方面，管壁越粗糙蜡越容易析出，同时原油中杂质含量越高蜡越容易析出；随着运行时间的增加，管壁上结蜡层的厚度逐渐增加，而蜡的析出量逐渐减少［4］。

2　制定合理热洗周期

目前，CD2联合站外输油管线采用操作简单、成本较低的定期热洗清蜡方式，减少结蜡对输油管线带来的安全隐患，降低集输过程中能量损失。认清该工区结蜡规律是合理制定热洗周期的基础，根据原油结蜡规律并结合输油管线实际生产情况，热洗周期的确定常采用下述两种方法。

2.1经验图表法

为解决外输管线因降温导致蜡沉积引起的异常回压，达到节能和长输管线良好运行状态的统一，进行了外输温度、排量等参数在合理范围内的调整。为调整、分析方便，采用绘制图表的方法，将结果直观显示出来。考虑到单纯使用排量和回压很难直观地反映出管线的运行状况，又增加了排量/回压（简称回压比）参数，回压比即每2 h、外输回压为1 MPa时，外输油管线的输出油量。回压比在参数曲线图中的高低变化从一定程度上反映出管线的运行状况，一般情况下，在一定的温度和排量下，回压比越大说明管线的运行状况越好，因此通过回压曲线的变化，可以看出管线的运行状况，如图2所示。

图2　CD2联合站外输参数曲线

图2分别代表CD2联合站冬季、夏季外输管线运行状况，除用于外输温度、排量等参数调整外，最主要的是根据回压比、外输排量等变化情况制定合理的热洗周期。外输排量与回压比呈下降趋势时，说明管线内蜡沉积呈上升趋势，当回压比下降到29左右时（现场经验值），确定为热洗周期的起点，下一个周期的起点为上一个周期的终点。由此可知，冬季热洗周期平均25天，外输温度68℃左右；夏季热洗周期平均30天，外输温度58℃左右。根据回压比的变化趋势知，夏季时外输油管线运行状况比冬季时平稳。

经验图表法直接、简单明了，仅可定性表述，不具精确性，因此需要进一步用理论运算来证实。

2.2理论公式法

热洗周期确定的理论方法是根据油气集输系统设计规范，井口回压上限取值1.5 MPa，进间压力下限取值0.3 MPa；然后假设此时管内流体的流动状态，在此极限条件下，根据列宾宗公式计算运行时的最小有效流通管径，进而由管线光管内径（Do）与最小有效流通内径（DT）之差求得沉积物厚度；最后由室内模拟实验确定的沉积物沉积速率（层流状态取值范围1.39×10-5～1.61×10-5m/h；紊流状态取值范围1.21×10-5～1.51×10-5m/h）确定热洗周期。计算公式如下［5-6］

式中DT为最小有效流通内径（m）；Δp为总压降（Pa）；ρ为介质密度（kg/m3）；ρo为原油密度（kg/m3）；ρw为水的密度（kg/m3）； fw为体积含水率；υ为管流条件下介质的运动黏度（m2/s）；Qt为管线的排量（m3/h）；L为输油管线长度（m）；H为热洗周期（d）； Do为集输管线光管内径（m）；V为沉积物沉积速率（m/h）；m、β为系数。

CD2联合站输油品质及生产动态资料优选计算参数如表1所示。

为了便于计算，不考虑管线内流体的流动状态，沉积速率（V）应在层流状态与紊流状态的共有范围内选值［7］，本次计算时V为1.5×10-5m/h。将表1参数代入公式（1）、（2），计算得出最小有效流通内径DT为136.39 mm，又由公式（3）求出热洗周期为31.4 d。由此可知，理论公式法与经验图表法确定的热洗周期相差较小。