塔-铁D377线冬季安全运行分析

王银强，薛润斌，刘霞，冯晶，王朴，代建东，褚楚，丁慧美

中国石油新疆油田分公司 油气储运分公司（新疆 克拉玛依 834000）

1 塔-铁D377线基本情况

塔-铁D377线1985年建成，起于塔A站，终于铁G站。沿线有塔A站、D站、F站3座热泵站，B站、C站及E站均为阀池。塔-铁D377线全长143 km，壁厚7 mm，管线设计压力6.4 MPa，采用环氧煤沥青玻璃丝布特加强级防腐，设计输量250×104t/a，高程差370 m（表1），输送工艺如图1所示，其中塔A站-H站D377线长约10 km，采用二层结构聚乙烯防腐层。

图1 输送工艺示意图

表1 塔-铁D377线高程

2020年8月25 日，新光油田稠稀混合油开始经塔-铁D377线D站输至塔A站，再经塔-H线进入H站。因塔-铁D377线D站至塔A站间距较长，冬季温降较大，单独输送新光混油时采用降凝输送方式。由于新光原油产量开始下降，原油凝点在12℃左右波动，且目前所筛选的降凝剂也只能将其凝点降至8℃，无法满足塔-铁D377线冬季安全运行。为此，实际运行中还通过注热柴油融蜡、加大低凝原油的掺混量、减小新光混油的外输量、增大热负荷、在B站增设热源并配合加注降凝剂等方式改善该线的运行压力。根据上述运行状况来看，最大的问题在于低凝原油量。目前，铁G站输低凝原油至D站，并与新光原油、B号原油混合后输至H站。随着低凝原油调运难度的增大，该运行模式也仅为临时措施。为了提高输送效率及确保该线冬季安全运行，2021年夏季对该线进行了多次清管作业，计划2023年新建A号稠油-C站管线及配套工艺设施。投运后，A号稠油将进入塔-铁D377线并外输至下游。为此，需对不同的输送模式进行模拟计算，从而给出可行的工艺运行方式，以确保塔-铁D377线冬季能够安全运行。

2 油品物性

2.1 产量与密度

2021年新光原油、A号原油和B号原油的日均产量分别为1 200、730、620 t/d，密度分别为844、952、856 kg/m3。日均产量配比下新光原油+A号原油密度为877 kg/m3，新光原油+B号原油密度为874 kg/m3，新光原油+A号原油+B号原油密度为870 kg/m3。

2.2 黏温特性

新光原油、A号原油以及B号原油按日均产量配比1 200:730混合原油、1 200:620混合原油和1 200:730:620混合原油的黏度测试结果如图2所示。

图2 原油黏度与温度的变化曲线

由图2可以看出，原油黏度随温度的增加而减小，当温度高于25℃时，黏度随温度变化较缓慢，当温度低于25℃时，随温度下降，黏度迅速增加，且温度越低，变化幅度越大。此外，相同温度下，新光原油+A号原油（1 200:730）黏度高于新光原油+B号原油（1 200:620）黏度，这主要是因为A号原油为稠油，且量比B号原油大。新光原油+A号原油+B号原油（1 200:730:620）黏度介于新光原油+A号原油（相当于对其稀释）与新光原油+B号原油（相当于对其增稠）之间。整体看，在上述日均产量配比下，A号原油及B号原油掺入后，对新光原油黏度的影响不是很大。

2.3 凝点

日均产量配比下新光原油+A号原油、新光原油+B号原油、新光原油+A号原油+B号原油以及新光原油的凝点测试结果见表2，计算过程中，最低允许进站温度均按高于凝点3℃计算。

表2 原油凝点

2.4 出站温度

新光原油、A号原油以及B号原油出联合站的温度分别是35、70、45℃。

2.5 冬季地温

2020年及2021年冬季最冷月(2—3月)管道沿线最低地温A站分别是3、4℃，而2020—2021年2—3月D站分别是3、3℃。

3 塔-铁D377线模型的建立

3.1 模型的建立

根据不同输送模式，使用SPS软件建立塔-铁D377线工艺计算模型[1-5]，如图3所示。其中，单独输送新光原油时，D站（加热/热力越站、泵）-C站（加热/热力越站）-B站（加热/热力越站）-塔A站（加热/热力越站）-H站。输送新光原油+A号原油时，D站（新光原油加热/热力越站、泵）-C站（A号原油进入，与新光原油混合后加热/热力越站）-B站（加热/热力越站）-塔A站（加热/热力越站）-H站。输送新光原油+B号原油时，D站（新光原油与B号原油加热/热力越站、泵）-C站（加热/热力越站）-B站（加热/热力越站）-塔A站（加热/热力越站）-H站。输送新光原油+A号原油+B号原油时，D站（新光原油与B号原油加热/热力越站、泵）-C站（A号原油进入，与新光原油+B号原油混合后加热/热力越站）-B站（加热/热力越站）-塔A站（加热/热力越站）-H站。

图3 塔-铁D377线原油输送SPS模型

3.2 参数校核

根据实际运行参数，设置边界条件：①首站出站温度、输量等于实际运行参数；②H站进站压力100 kPa；③末站进站输量等于实际输量[6-8]。

模型设置中，状态方程选用SCL，传热模型选用瞬态传热，摩阻系数公式选用Colebrook，钢管粗糙度取0.025 mm，节点间距取0.1 km，阀门参数及油品物性根据实际设置，模型起点选用流量控制，终点选用压力控制，从而模拟得出起点出站压力和终点进站温度，将其与实际运行参数进行对比，并通过多次调节管线土壤导热系数，尽量控制温度、压力误差在±3%以内[9-11]。选择实际运行参数时，确保近期该段时间内输量、压力基本平稳相近，进出站油温稳定。按此方法选出数组运行数据，采用反算法计算土壤传热系数，通过算术平均值确定D站至塔A站及塔A站至H站的总传热系数分别为1.78 W（/m2·℃）和2.34 W/(m2·℃）。

4 运行分析

不同地温条件下，单独输送新光原油、新光原油+A号原油、新光原油+B号原油、新光原油+A号原油+B号原油时，其输量、D站出压及对应的点炉模式见表3。

由表3可以看出，地温3℃时，有4种应对模式。单独输送新光原油和采用新光原油+A号原油运行模式时，需提前与新光油田对接协商，确保产量有足够的应对空间。当新光油田可以适当增产时，采用新光原油+A号原油运行模式热能损耗较少。当新光油田无法增产时，可采用新光原油+B号原油、新光原油+A号原油+B号原油运行模式，但新光原油+B号原油模式热能损耗较大。

表3 不同地温时的运行模式

地温3℃时，单独输送新光原油、采用新光原油+A号原油、采用新光原油+B号原油、采用新光原油+A号原油+B号原油的管道沿程水力热力分布分别如图4、图5、图6、图7所示。

图4 新光原油增量后沿程各站温度、压力变化曲线

图5 新光原油+A号原油沿程各站温度、压力变化曲线

图6 新光原油+B号原油沿程各站温度、压力变化曲线

图7 新光原油+A号原油+B号原油的沿程各站温度、压力变化曲线

由图4可以看出，当地温降至3℃时，在D、C、B、塔A站均点加热炉（加热至55℃）的情况下，若新光原油输量能够达到1 398 t/d，C站的进站温度（11℃）刚好满足安全输送要求，此时管内最高压力184 kPa左右，位于距D站约52 km处。

由图5可以看出，当地温降至3℃时，在D、C、B均点加热炉（其中D、B站加热至55℃，C站加热至34℃）的情况下，若新光原油输量能够达到1 398 t/d，C站的进站温度（11℃）刚好满足安全输送要求，此时管内最高压力221 kPa左右，位于距D站约28.6 km处。

由图6可以看出，当地温降至3℃时，在D、C、B、塔A站均点加热炉（加热至55℃）的情况下，沿线各站进站温度均满足安全输送要求，此时管内最高压力223 kPa左右，位于距D站约28.6 km处。

由图7可以看出，当地温降至3℃时，在D、C、B均点加热炉（其中D、B站加热至55℃，C站加热至28℃）的情况下，沿线各站进站温度均满足安全输送要求，此时管内最高压力339 kPa左右，位于距D站约28.6 km处。

5 结论与建议

1）若单独输送新光原油，当地温低于6℃时，塔-铁D377线无法安全运行。为此，在全线均点炉的情况下，可考虑增大新光油输量运行。地温3℃时，新光油需增至1 398 t/d。

2）若采用新光原油+A号原油模式，当地温低于6℃时，塔-铁D377线无法安全运行。为此，在D、B站点炉的情况下，当地温在3℃时必须提高新光原油产量至1 398 t/d。

3）若采用新光原油+B号原油模式，在全线均点炉的情况下，地温3℃时该线可以安全运行。

4）若采用新光原油+A号原油+B号原油模式，在D、B站点炉的情况下，地温3℃时该线可以安全运行。

综合考虑原油产量、点炉能耗站数及现场实际，建议2022年冬季采用新光原油+A号原油+B号原油的输送模式。若A号原油无法进入塔-铁D377线输送，则采用新光原油+B号原油的输送模式，但需加快C站加热设施建设。