庄西线原油黏温特性及加热输送工艺研究

潘俊宏，刘东海

（中国石油长庆油田分公司第十二采油厂，甘肃合水 745400）

输送过程中的摩阻压降影响热力费用及输油成本，庄西线所输原油黏度较低，在输送过程中存在两方面的能量损失[1-3]，其中散热损失起决定因素，输送温度的高低决定了黏度的大小，油品的黏度又决定了摩擦损失的大小，因此输送温度的选择对管内油品的安全输送尤其重要，为了进一步做好节能降耗的工作，保证庄西线高输量安全经济运行，有必要对原油的黏温特性，摩阻损失进行实验研究，它可为原油管道安全经济输送方案的制定提供基础的理论依据。

1 实验方法

1.1 实验方法

为了保证所取原油样具有代表性，在固城庄一联外输首站泵房现场取样，分别装入塑料桶密封保存待用。在室温条件下静置冷却48 h以上，作为实验的基础油样，35℃预热处理后，在35℃～65℃温度下，用大连智能仪表有限公司生产的GB/T265毛细管黏度计和恒温水浴开始测试油样的黏温特性，温度间隔10℃。将装好油品的黏度计浸在恒温液体内15 min后，观察样品在管身中的流动情况，液面正好达到上标线时，开动秒表，在液面正好流到下标线时，停住秒表，记录下流动时间，连续记录4次，其中各次流动时间与其算术平均值的差值不超过平均值的±0.5%，取算术平均值作为该点样品的流动时间[4，5]。在温度t时，样品的运动黏度为：

式中：C-黏度计常数，mm2/s2；Tt-样品的平均流动时间，s。

动力黏度为：

式中：ρt-在温度 t时，试样的密度，g/cm3。

1.2 黏温特性实验结果与分析

油样在不同温度下的黏度（见表1）。

表1 油样在不同温度下的黏度

油品的黏温特性关系，大都在实验室测定的基础上，总结其经验关系式，在牛顿流型的温度范围，国外曾推荐多种黏温关系经验公式，在这里采用两个常数的关系式：

式中：μ-温度 T 时油瓶的动力黏度，mPa·s；T-油温，K；A、B-常数。

对实验数据进行线性回归，用最小二乘法求线性回归方程系数（见表2）。

表2 油样的黏度方程计算结果

图1 黏温关系线性回归结果

从图 1可以看出，常数 A=-5.302 7，B=2.196 4，将常数代入上式则得到油样的黏温方程：

从图1中可以看出判定系数R2=0.995 6说明所回归的黏温方程对实验所测数据拟合程度高，实测原油的黏温关系曲线（见图2），从图2可以看出油样的黏度随着温度的降低呈乘幂关系上升。

2 热油管道摩阻研究与分析

庄西线长输管道全长62 km，其摩阻主要是沿程摩阻，中间路过一个加热站，忽略局部摩阻的影响，先判断流态计算出雷诺数，根据我国油田大多数含蜡原油30℃以上为牛顿流体特性，可得以下关系式：

式中：ε=0.2 mm，流态为紊流光滑区。

用平均油温计算法即按管道起终点的平均温度下的油流黏度，用等温输送的方法计算一个加热站间的摩阻。

庄西线油流的平均温度：

式中：TR、TZ-庄西线起、终点温度，℃。

图2 原油的黏温关系曲线

由黏温曲线查出温度为Tpj时的油流黏度：

综合摩阻列宾宗公式：

沿程摩擦阻力压力损失Δp=ρjh=5.58 MPa。

紊流减阻效果的影响因素：用与原油互不相溶的低黏液体来分散原油或使其与管壁隔开。常用加减阻剂输送的工艺，减阻剂的相对分子质量大，其主链越长，减阻效果越好，它与原油质点的相互作用可使旋涡减弱，层流边层加厚，流体的紊乱程度减缓，减少了能量耗散，使摩阻下降，但受雷诺数影响，只有达到一定数值后，减阻剂的减阻作用才显示出来，低于此雷诺数或在层流流态，减阻剂不起作用。所以日常管理中要掌握控制原油外输流态，才能有效的使用减阻剂。

3 结语

（1）通过实验数据回归了庄西线原油的黏温方程。通过判定系数R2的计算结果可知，所回归的黏温方程对实验所测数据的拟合程度较高。为变黏度流体流动特性研究提供了可靠方法和手段。

（2）控制好管路流体剪切力及外输压力，对减阻剂的使用也是重要的。长输管路流态尽量控制在水力光滑区，雷诺数＜70 000，流态相对平稳，能耗与管理难度相对较低，排量应控制在300 m3/h以内。输送温度控制在45℃左右，确定外输压力控制范围，使管道能耗最低，通过摩阻计算外输压力，黏度，排量控制雷诺数，有效监控管道参数，保证平稳外输。

2040年天然气将成为全球第二大能源

英国石油（BP）表示，未来20年全球能源供应增长的绝大部分将来自可再生能源和天然气；尽管如此，仍需要对石油探勘和生产进行大规模投资，方能满足全球2040年的原油需求。BP在年度能源展望报告中认为，包括风力、太阳能、地热、生物质和生物燃料在内的可再生能源和天然气在2040年前将占全球能源增长的85%；可再生能源每年增长7.1%，到2040年占主要能源的比例将从目前的4%增至15%。天然气则预计每年增长1.7%，在2040年超越煤炭成为全球第二大能源来源，并将和原油一较高低。

（摘自中国化工信息2019年第5期）