輕烴管網順序輸送的可行性研究

梁永圖 張 妮 姜夏雪 周江宏

1.中國石油大學（北京）2.中國石油管道公司管道科技研究中心 3.中國石油大慶油田有限責任公司天然氣分公司

油氣田輕烴來源于兩方面：①原油開采后，經原油穩定裝置處理后得來；②在天然氣凈化過程中通過天然氣深冷和淺冷裝置生產而來[1]。其主要成分是C3～C5的烷烴。目前輕烴作為一種新的能源逐漸被利用起來[2－3]。某油氣田輕烴管網采用間歇混合輸送的方式將不同處理裝置生產的不同輕烴產物混合輸送至下游，導致管網運行存在2個問題：①系統以間歇輸送模式運行易導致泵機組啟停頻繁，系統壓力波動較大，降低了泵機組壽命；②深冷烴、淺冷烴和原穩烴混輸會造成輕烴質量下降，系統壓力偏高，外輸泵能耗偏大[4]，經濟效益降低。因此，有必要對輕烴管網的輸送模式進行改造[5]。借鑒成品油管道順序輸送原理[6]，提出該輕烴管網順序輸送方案，并驗證其水力可行性及經濟性，以期改善輕烴管網的運行現狀，為輕烴管網系統改造提供理論指導。

1 輕烴管網系統

某油氣田輕烴管網系統為枝狀的網絡結構，總長度為410.9km，包含12條輸烴管道、16個油氣處理站、輸烴管道38條（管徑為76～219mm）。經過多年的擴建改造，該輕烴管網系統的管道、產烴站場逐漸增多，廢棄、在用、在建管道交錯。為便于研究，根據管道之間的地域因素和水力相關性，將其劃分為3個互相獨立的子系統，分別進行研究。

從地域分布來看，該輕烴管網系統可劃分為杏區與北部區塊，兩者之間沒有管道相連，各自形成獨立的水力系統。其中，北部區塊為網狀結構，因A站場與K站場之間管道已停止使用，因此，將北部區塊細分為北區和南區。輕烴管網系統的拓撲示意圖、子系統劃分情況見圖1、表1。圖1中綠色表示淺冷烴，紅色表示原穩烴，黃色表示深冷烴，黑色箭頭線表示混輸管道，其余有色箭頭線則為僅輸送對應顏色單種輕烴的管道。橢圓節點（N、Q、T）僅僅作為輕烴輸送中途轉接節點之用，并不生產輕烴。A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、O、P、R、S分別代表不同的產烴站場。

圖1 輕烴管網拓撲結構示意圖

表1 輕烴管網系統劃分及各站場產烴類型統計表

2 系統順序輸送方案研究

考慮到該輕烴管網系統管道直徑與輸送烴類的外輸量均較小，若采用單烴單管輸送的方案，將導致建設投資增大、單位輸烴成本上升。因此，基于目前輕烴管網的實際情況，采用順序輸送模式改善輕烴管網的工藝現狀。

與一般成品油管道進行順序輸送不同，該輕烴管網系統各站場均為注入操作。結合順序輸送注入（分輸）模式[7]，考慮輕烴管網系統的運營與下游需求，輕烴管網系統進行順序輸送時應遵循以下原則：

1）所有站場采取集中注入方式進行輕烴注入作業。

2）為了確保管道穩定運行，應盡量避免各站場同時注入輕烴；同時應盡量使相鄰站場相繼注入輕烴，避免輸量波動太大[8]。

3）各站場注入輕烴時應避開混烴段[9]。

4）各站場注入輕烴管網時，必須滿足各注入支線的管輸能力及外輸泵的工作流量要求[10]。

2.1 制訂調度計劃

以南區為例說明該輕烴管網系統順序輸送調度計劃的制訂過程。依據南壓輕烴注入的實際情況（圖1），考慮將K、J站場所產深冷烴通過單獨管道進行外輸，而K、I、H站場所產原穩烴和J站場所產淺冷烴進行順序輸送。南區節點T并不產烴，僅利用其較大的儲罐容量作調節之用。根據現場提供的南區輕烴管道里程、高程、管徑、壁厚、管長等基礎參數（圖2），為便于研究，將南區管道模型簡化為單源多注入的管道系統（圖3）。

圖2 南區輕烴管道示意圖

圖3 南區輕烴管道簡化模型圖

綜合考慮各站場產烴類型、產烴量、泵機組外輸量、啟泵時間需求、管道承壓能力、輸烴順序、混烴界面等[11]，計算得出適用于南區輕烴管網的順序輸送方案（圖4）[12]。圖4的橫軸表示輸送時間，縱軸表示各站場距離首站的距離，圖中的有色矩形表示輕烴注入的時間窗（矩形長方向的起點為開始注入時間，終點為結束注入時間），時間窗的顏色表示注入輕烴的類型，綠色代表淺冷烴，紅色代表原穩烴。另外，時間窗的高度和流量大小成正比。時間窗周圍顯示該批次的注入工況，如“4.9／21.3／25”表示該時間窗注入開始于4.9h，結束于21.3h，流量為25m2／h。T節點輕烴的存儲時間依據各站場注烴時間而定，如，K站場注入的原穩烴在T節點暫儲（見圖4中A虛線處），以使K站原穩烴、J站淺冷烴、H站原穩烴產生的混烴量最少（見圖4中B點）。

圖4 南區輕烴管網順序輸送方案圖

相應的外輸泵運行方案如表2所示。

2.2 水力可行性驗證

根據上述提出的南區輕烴管網順序輸送方案，分別對烴類進入輕烴總庫罐區和實現越庫2種方式進行水力可行性驗證（表3）。由表3可知，各管道并未超壓，且外輸泵能夠提供輕烴順序輸送所需要的能量，因此該方案具有水力可行性。

表2 南區輕烴管網順序輸送外輸泵運行方案表

2.3 經濟性驗證

結合現場數據，從泵站運行費用和混烴量兩方面來驗證南區輕烴管網順序輸送方案的經濟性（表4）[13]。表4表明，南區輕烴管網實現順序輸送后，可節省泵站運行費用76 678元／a。

另外，采用Austin－Palfrey公式計算輕烴管網順序輸送時不同批次界面之間的混烴量比目前混輸模式下的混烴量約少133×104m3／a[14]。整個輕烴管網系統采用順序輸送模式后經濟性得到了較好驗證（表5）。

3 結束語

輕烴管網系統的復雜性直接增加了其運行、改造的難度。針對該復雜輕烴管網系統粗放式間歇混合輸送原穩烴、淺冷烴和深冷烴造成的若干問題，提出管網順序輸送設想，并給出適用于現場的順序輸送方案，驗證了該方案的水力可行性，并從泵站運行費用和混烴量兩方面分別驗證了該方案的經濟性，為輕烴管網順序輸送運行提供了理論指導。

表3 南區輕烴管網順序輸送水力可行性驗證表

表4 南區輕烴管網順序輸送的泵站運行費用表

表5 輕烴管網順序輸送模式的經濟性驗證表

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