高含蜡原油管道沿线摩阻分析

2015-12-16于涛孙法峰沈亮刘丽君代玉杰

油气与新能源 2015年2期

于涛孙法峰沈亮刘丽君代玉杰

（1.中国石油北京油气调控中心；2.北京中油瑞飞信息技术有限责任公司；3.中国石油天然气股份有限公司规划总院）

近年来，我国多条高含蜡原油长输管道相继建成投产。由于这类管道所输送原油蜡含量及凝固点均较高，因此，对输送工艺的要求较为复杂，需根据管道沿线油温及地温的不同，采用不同的输送工艺。高含蜡原油在管输过程中，油温逐渐降低至析蜡温度，且存在径向温度梯度，因此，油流中出现蜡晶分子的径向浓度梯度［1］，蜡晶分子从管中心向管壁径向扩散，并逐渐附着在管壁上，导致管道有效直径变小，摩阻增大。此外，管输过程中热处理稳定性、重复加热、温降及剪切历史等因素对含蜡原油管道的输送都有较大影响［2］，运行中需密切关注。

石-兰管道（石空—兰州原油管道）及惠-银管道（惠安堡—银川原油管道）是典型的高含蜡原油管道，采用SCADA（数据采集与监视控制）系统对压力、温度等参数进行远程监控。根据管道沿线监测到的压力数据，计算出沿线摩阻的变化规律，进而分析得出管壁的结蜡情况，可用于指导工艺运行、清管、管道启动加热炉及热洗等操作，为制定安全、高效的运行方案提供理论依据，实现节能降耗。

1 油品物性及运行工艺

石-兰管道及惠-银管道输送介质为长庆油田原油，其蜡含量高、凝固点高，对热历史及剪切历史较为敏感。根据沿线油温、地温及油品物性，主要采用综合热处理、热处理及常温输送3种运行工艺。其中，综合热处理和热处理工艺均需在首站将油品加热至 75～85℃，然后，经换热器换热至 60～65℃出站；沿线中间加热站的出站油温需高于50℃，若末站进站油温高于凝固点 3℃，则其上游启动加热炉站场可适当降低出站油温。管输长庆油田原油物性见表1，2012年石-兰管道及惠-银管道不同月份的运行方式见表2。

表1 外输油品物性

表2 2012年不同月份石-兰管道及惠-银管道的运行方式

2 油温数据

通过 SCADA系统采集获得惠-银管道及石-兰管道2012年不同月份沿线各站的进出站平均油温，具体见表3、表4。

3 管道摩阻分析

3.1 石-兰管道

选取2012年4月至5月、7月至9月、9月至12月3个时间段，对石-兰管道全线5个站间管段进行摩阻计算，获得其百公里摩阻对比曲线。详见图1～图 3。

2012年4月、5月，石-兰管道采用石空和景泰站两站启动加热炉运行工艺。由图1可知，石空至沙坡头、沙坡头至红湾、景泰至四墩这3个管段的百公里摩阻较低，而红湾至景泰段及四墩至兰州段百公里摩阻较高，主要是由于这2个管段的油温较低所致。

表3 惠-银管道2012年不同月份进出站平均油温

表4 石-兰管道2012年不同月份进出站平均油温

图1 石-兰管道4月、5月沿线站场间百公里摩阻趋势曲线

图2 石-兰管道7月至9月沿线站场间百公里摩阻趋势曲线

图3 石-兰管道9月至12月沿线站场间百公里摩阻趋势曲线

7月至9月，石-兰管道采用常温输送工艺。由图2可知，随着常温输送时间的推移，各管段摩阻发生了较大的变化。7月初，百公里摩阻由小到大分别为四墩至兰州段、石空至沙坡头段、沙坡头至红湾段、景泰至四墩段、红湾至景泰段；9月中旬，百公里摩阻由小到大的顺序变为沙坡头至红湾段、石空至沙坡头段、红湾至景泰段、四墩至兰州段、景泰至四墩段。

在此阶段，沙坡头至红湾段百公里摩阻逐渐降低，主要是由于该管段与上一管段——石空至沙坡头段油温相近（石空至沙坡头段进站油温为 26.7～30.7℃，沙坡头至红湾段进站油温为26.2～30.1℃），油温大于 26℃可以在管道内沉积的蜡分子已在石空至沙坡头段内析出所致。9月中旬，虽然四墩至兰州段油温最低，但是，景泰至四墩段摩阻却最大，可见，该管段油品所处油温为析蜡高峰期，大量蜡分子沉积导致管径变小、摩阻增加，并且，摩阻的增加幅度高于四墩至兰州段油温变化导致黏度增大对摩阻的影响幅度。由此可知，石-兰管道外输长庆原油析蜡高峰期温度范围为22～27℃。

9月份，石-兰管道输送工艺由常温输送转换为热处理及综合热处理。10月至 12月，景泰站之前沿线油温高且温差较小，油温变化对黏度及摩阻的影响可以忽略。在该时间段，同一管段摩阻变化主要影响因素为结蜡导致的管径变化。

经夏季常温运行后，不同管段均存在结蜡现象。秋季到来后，景泰和石空2座站场相继启动加热炉，石空至沙坡头段沿线管壁结蜡随着油温的上升逐渐溶解；景泰至四墩段随油温升高、黏度降低及管壁结蜡的溶解，沿线摩阻迅速下降，但是，大部分时间内，其摩阻仍高于四墩至兰州段，可见，夏季常温输送时管壁结蜡对摩阻的影响一直持续至 12月下旬。12月下旬至第二年7月份常温输送前，不同管段沿线摩阻趋势相同。

3.2 惠-银管道

选取2012年1月至4月、6月至10月及11月至12月3个时间段，对惠-银管道全线3个站间管段进行摩阻计算，获得其百公里摩阻对比曲线，详见图4～图6。

图4 惠-银管道1月至4月沿线站间百公里摩阻趋势曲线

图5 惠-银管道6月至10月沿线站间百公里摩阻趋势曲线

图6 惠-银管道11月、12月沿线站间百公里摩阻趋势曲线

1月至4月，惠安堡至灵武、灵武至永宁2个管段油温均高于32℃，虽低于析蜡点，但是，根据石-兰管道的运行经验分析，这2个管段管壁结蜡现象不明显，影响摩阻的主要因素是油温的变化。1月、2月，永宁至银川段油温为32.7～25.4℃，随着时间的推移，其沿线摩阻1月1日为3.6MPa/100km，3月4日涨至6.5MPa/100km，这是由于在此期间，该管段的油温均位于析蜡点之下，管壁结蜡导致管径变小所致，因此，该管段影响摩阻的主要因素为管壁结蜡。3月 4日，永宁站启动加热炉热洗后，永宁至银川段摩阻迅速下降，但是，当停止热洗后，其摩阻又快速增长。可见，对于惠-银管道，其外输长庆原油析蜡高峰期的温度为25～32℃。

由图5可知，惠-银管道7月份进入夏季运行首站停炉后，3个管段的摩阻差逐渐减小，管道沿线油温均处于析蜡点以下，各个管段均出现管壁结蜡现象，其中，以灵武至永宁段最为严重，导致在 8月上旬，该管段百公里摩阻高于永宁至银川段，即，油温27～32℃时，原油在灵武至永宁段结蜡，导致原油中所含蜡分子减少，永宁至银川段虽然油温低，并且也处于油品结蜡高峰，但是，由于原油中所含蜡分子少，管壁结蜡厚度低于上一管段。

由图 6可知，10月份惠-银管道启动加热炉后至11月上旬，灵武至永宁段摩阻始终高于永宁至银川段，在此期间，主要是由于该管段夏季常温输送期间的管壁结蜡才逐渐溶解。11月中旬后，永宁至银川段由于管壁结蜡和油温降低，摩阻迅速升高，并与年初压力趋势相似。