熱油管道預熱投產難度系數分析

大慶油田設計院

熱油管道預熱投產難度系數分析

王 超 張文花

大慶油田設計院

當直接向管道注入加熱原油，管段上游原油溫度較高，但是管段下游原油溫度接近管道埋深處自然地溫，不僅低于安全輸油溫度，也可能低于凝點。在管道直徑增加時，預熱投產難度系數降低，但是預熱投產能耗和預熱介質用量都增加，變化趨勢相反。管道長度、地溫和土壤導熱系數等參數變化時，預熱投產難度、預熱投產能耗及預熱介質用量的變化趨勢相同。

熱油管道；預熱投產；難度系數；參數

熱油管道投產前周圍土壤溫度低于管輸原油凝點，加熱原油直接進入管道后溫度迅速降低，黏度快速上升，給管道投產帶來安全隱患[1-2]。需要在管道投產前采取預熱措施，提高管壁和周圍土壤溫度，減小管輸原油和周圍土壤的溫差，使投產過程原油溫度不低于安全輸油溫度，保證熱油管道投產安全[3]。

從熱油管道實際預熱投產過程發現，不同的管道系統加熱站間距、管道直徑、沿線地溫和土壤導熱系數等參數都可能不同，從而引起管道預熱投產時間、能耗和預熱介質用量的差異[4]。引入熱油管道預熱投產難度系數的概念，用來衡量管道預熱投產的難度。根據預熱投產難度系數，不僅可以對不同參數下管道投產的難度進行比較，還可以據此選擇合適的預熱投產方案。當難度系數較高時，需要有針對性的預留較長的預熱時間，準備足夠的電力和燃料，儲備大量的預熱介質。

當直接向管道注入加熱原油，管段上游原油溫度較高，但是管段下游原油溫度接近管道埋深處自然地溫，不僅低于安全輸油溫度，也可能低于凝點[5-6]。

隨著管段長度增加、直徑減小、地溫降低等管道預熱投產難度的增加，低于安全輸油溫度的面積也增加，可以將原油剛充滿管段時低于安全輸油溫度的區域面積積分作為管段預熱投產的難度系數，如式1所示。

式中Diff為管段預熱投產難度系數（℃· km）；Tsafe為安全輸油溫度（℃）；Tl為原油在l處的溫度（℃）；l1為原油溫度開始低于安全輸油溫度的位置（km）；l2為管段終點位置（km）。

為了驗證預熱投產難度系數和管道預熱投產時間、能耗和預熱介質用量之間的相關性，采用不同管道長度、直徑、地溫、土壤導熱系數等參數，建立管道模型并分別計算管道預熱投產難度系數和預熱投產時間等。

研究中將管道長度60 km、直徑323.9mm、地溫低于凝點7℃、土壤導熱系數0.8m/s等參數作為基礎管道參數，再分別改變管道和環境參數，對管道預熱投產難度系數和預熱投產時間、能耗、預熱介質用量的結果進行了數值模擬。

從預熱投產時間和難度系數的對比可以看到，預熱投產時間與難度系數的變化規律一致，當管道預熱投產難度系數升高的時候，對應的預熱投產時間都有不同程度的升高。但預熱投產時間和難度系數沒有一致的比例關系，其中當管道長度和地溫變化時，難度系數和預熱投產時間有較好的一致性；而管徑和預熱流速變化時，難度系數的變化幅度較小，預熱投產時間有顯著變。

多種管道和環境參數條件下，預熱投產難度系數與預熱投產時間變化趨勢相同，也就是預熱投產難度系數增加，對應的預熱投產時間也增加，但是對于不同管道參數或者環境參數變化引起的預熱投產難度系數增加量，與對應的預熱投產時間的增加量不成比例。

在管道直徑增加時，預熱投產難度系數降低，但是預熱投產能耗和預熱介質用量都增加，變化趨勢相反。管道長度、地溫和土壤導熱系數等參數變化時，預熱投產難度和預熱投產能耗及預熱介質用量的變化趨勢相同。

[1]顧錦彤，馬貴陽．埋地熱油管道啟輸投油時間的確定[J]．遼寧石油化工大學學報，2010，30（2）：29-31.

[2]周慶林．原油長輸管線局部換管及其投產、清油工藝[J]．管道技術與設備，2000（3）：31-33.

[3]鹿欽禮，顧福昕，馬貴陽，等．埋地熱油管道埋深對土壤溫度場的影響[J]．遼寧石油化工大學學報，2010，30（4）：22-25.

[4]鹿欽禮，馬貴陽．輸油管道預熱介質流速對預熱時間的影響[J]．遼寧石油化工大學學報，2011，31（1）：28-31.

[5]李少青．靖安—咸陽輸油管道投產技術[J]．油氣儲運，2002，21（5）：28-29.

[6]陳國群，馬克鋒，丁芝來，等．熱油管道啟輸投產熱力計算[J]．油氣儲運，2005，24（7）：13-16.

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.070