CD2聯(lián)合站外輸油管線熱洗周期的確定

2015-09-26 02:20:46王永平徐陽馬

油氣田地面工程 2015年7期

王永平徐　陽馬　群

1大慶油田采油十廠　2新疆油田公司質(zhì)量管理與節(jié)能處　3重慶科技學(xué)院

王永平1徐陽2馬群3

1大慶油田采油十廠2新疆油田公司質(zhì)量管理與節(jié)能處3重慶科技學(xué)院

結(jié)蠟是輸油管線中常見且具有很大安全隱患的問題，目前多采用定期清管作業(yè)（熱洗）的方式解決，而清蠟熱洗周期的合理確定一直是輸油管線工作研究的重點。熱洗周期時間短，將增大熱洗費用；熱洗周期時間長，將影響輸油管線的安全運行。通過對CD2聯(lián)合站外輸管線生產(chǎn)動態(tài)資料進行分析，明確了輸油溫度、排量、輸油管線長度等與結(jié)蠟率的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用經(jīng)驗圖表法和理論公式法兩種方法確定了輸油管線的熱洗周期，冬季為25天，外輸溫度68℃；夏季為31天，外輸溫度58℃。理論公式法與經(jīng)驗圖表法確定的熱洗周期相差較小。

輸油管線；蠟沉積；回壓比；熱洗周期

蠟為原油的一種組分，隨著原油在外輸管線運行中壓力、溫度的降低，蠟逐漸被析出，也稱為沉積。由于蠟的沉積，導(dǎo)致外輸管線的流通口徑縮小，壓降以及流動阻力增大，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致管線堵塞等事故，具有很大的安全隱患。目前，多采取定期熱洗清管作業(yè)來保障外輸管線平穩(wěn)運行。熱洗周期時間短，將增大熱洗費用；熱洗周期時間長，將影響輸油管線的安全運行，因此熱洗清蠟周期合理的確定一直是輸油管線工作者研究的熱點。

1　結(jié)蠟規(guī)律分析

CD2聯(lián)—CD1聯(lián)外輸油管線投產(chǎn)于1991年6月，全長13.7 km，管徑?159 mm。聯(lián)合站下設(shè)3個班組（輸油班、收油班、維修班），管理機泵、容器72臺套。主要擔(dān)負(fù)三礦、五礦、肇源分公司的原油脫水及合格原油外輸工作。自投產(chǎn)運行起，一直保持外輸溫度75℃以上，每10天熱洗一次的工作制度。到2007年，本著節(jié)能的理念，降低外輸溫度，但導(dǎo)致了蠟的沉積加速，引起外輸回壓異常升高（2006年1月份排量45.0m3/h，回壓2.5MPa；目前排量29.1m3/h，回壓達(dá)到2.5MPa）。

現(xiàn)根據(jù)CD2聯(lián)合站輸油管線中原油的性質(zhì)、組分特點以及前期實驗研究成果，進行了不同輸油溫度、不同排量以及不同管線長度的管道動態(tài)結(jié)蠟分析［1］，以認(rèn)清該聯(lián)合站輸油管線的結(jié)蠟規(guī)律。

1.1原油組分與性質(zhì)

在相同的輸油工作制度下，蠟的析出與原油的性質(zhì)、組分有關(guān)。如原油中輕餾分越多，則蠟結(jié)晶沉積的溫度越低，即越不容易析出，原油中含蠟量高，則蠟析出的溫度相對高；當(dāng)原油含水率升高時，蠟的沉積量呈下降趨勢。在同一溫度、含蠟量下，重質(zhì)組分結(jié)蠟量要高于輕質(zhì)組分的結(jié)蠟量。

1.2輸油溫度與結(jié)蠟率的關(guān)系

根據(jù)CD2聯(lián)合站生產(chǎn)動態(tài)資料分析可知，在輸油溫度恒定時，排量越大，結(jié)蠟率越小。這是由于排量的增大引起流速隨之增加，輸油管壁的剪切應(yīng)力變大，油的流動能力加強，進而沖刷作用加大，使得管壁上的結(jié)蠟層變薄［2］。在排量恒定時，即流速恒定，隨著溫度的降低，原油黏度升高，則結(jié)蠟率也隨之升高。輸油溫度與結(jié)蠟率的關(guān)系如圖1所示。

圖1　CD2聯(lián)合站輸油溫度與結(jié)蠟率的關(guān)系

1.3輸油管線長度與結(jié)蠟率的關(guān)系

在同等排量下，隨著管線里程的加長，輸油溫度、壓力均下降，原油不斷有蠟析出，在離起點15 km左右處出現(xiàn)了結(jié)蠟高值，此后結(jié)蠟速率上升幅度加大，到45 km左右達(dá)到全線最高值。隨后由于油壁溫差減小幅度增大以及原油中蠟含量降低，蠟沉積速率以及強度呈下降趨勢［3］。同時，隨著排量的增大，結(jié)蠟最高峰值相對后移，且結(jié)蠟速率相對較小，因此增加外輸管線的排量可以減緩結(jié)蠟速率。

1.4其他因素

輸油管壁的粗糙度也是影響蠟析出的一個方面，管壁越粗糙蠟越容易析出，同時原油中雜質(zhì)含量越高蠟越容易析出；隨著運行時間的增加，管壁上結(jié)蠟層的厚度逐漸增加，而蠟的析出量逐漸減少［4］。

2　制定合理熱洗周期

目前，CD2聯(lián)合站外輸油管線采用操作簡單、成本較低的定期熱洗清蠟方式，減少結(jié)蠟對輸油管線帶來的安全隱患，降低集輸過程中能量損失。認(rèn)清該工區(qū)結(jié)蠟規(guī)律是合理制定熱洗周期的基礎(chǔ)，根據(jù)原油結(jié)蠟規(guī)律并結(jié)合輸油管線實際生產(chǎn)情況，熱洗周期的確定常采用下述兩種方法。

2.1經(jīng)驗圖表法

為解決外輸管線因降溫導(dǎo)致蠟沉積引起的異常回壓，達(dá)到節(jié)能和長輸管線良好運行狀態(tài)的統(tǒng)一，進行了外輸溫度、排量等參數(shù)在合理范圍內(nèi)的調(diào)整。為調(diào)整、分析方便，采用繪制圖表的方法，將結(jié)果直觀顯示出來。考慮到單純使用排量和回壓很難直觀地反映出管線的運行狀況，又增加了排量/回壓（簡稱回壓比）參數(shù)，回壓比即每2 h、外輸回壓為1 MPa時，外輸油管線的輸出油量。回壓比在參數(shù)曲線圖中的高低變化從一定程度上反映出管線的運行狀況，一般情況下，在一定的溫度和排量下，回壓比越大說明管線的運行狀況越好，因此通過回壓曲線的變化，可以看出管線的運行狀況，如圖2所示。

圖2　CD2聯(lián)合站外輸參數(shù)曲線

圖2分別代表CD2聯(lián)合站冬季、夏季外輸管線運行狀況，除用于外輸溫度、排量等參數(shù)調(diào)整外，最主要的是根據(jù)回壓比、外輸排量等變化情況制定合理的熱洗周期。外輸排量與回壓比呈下降趨勢時，說明管線內(nèi)蠟沉積呈上升趨勢，當(dāng)回壓比下降到29左右時（現(xiàn)場經(jīng)驗值），確定為熱洗周期的起點，下一個周期的起點為上一個周期的終點。由此可知，冬季熱洗周期平均25天，外輸溫度68℃左右；夏季熱洗周期平均30天，外輸溫度58℃左右。根據(jù)回壓比的變化趨勢知，夏季時外輸油管線運行狀況比冬季時平穩(wěn)。

經(jīng)驗圖表法直接、簡單明了，僅可定性表述，不具精確性，因此需要進一步用理論運算來證實。

2.2理論公式法

熱洗周期確定的理論方法是根據(jù)油氣集輸系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，井口回壓上限取值1.5 MPa，進間壓力下限取值0.3 MPa；然后假設(shè)此時管內(nèi)流體的流動狀態(tài)，在此極限條件下，根據(jù)列賓宗公式計算運行時的最小有效流通管徑，進而由管線光管內(nèi)徑（Do）與最小有效流通內(nèi)徑（DT）之差求得沉積物厚度；最后由室內(nèi)模擬實驗確定的沉積物沉積速率（層流狀態(tài)取值范圍1.39×10-5～1.61×10-5m/h；紊流狀態(tài)取值范圍1.21×10-5～1.51×10-5m/h）確定熱洗周期。計算公式如下［5-6］

式中DT為最小有效流通內(nèi)徑（m）；Δp為總壓降（Pa）；ρ為介質(zhì)密度（kg/m3）；ρo為原油密度（kg/m3）；ρw為水的密度（kg/m3）； fw為體積含水率；υ為管流條件下介質(zhì)的運動黏度（m2/s）；Qt為管線的排量（m3/h）；L為輸油管線長度（m）；H為熱洗周期（d）； Do為集輸管線光管內(nèi)徑（m）；V為沉積物沉積速率（m/h）；m、β為系數(shù)。

CD2聯(lián)合站輸油品質(zhì)及生產(chǎn)動態(tài)資料優(yōu)選計算參數(shù)如表1所示。

為了便于計算，不考慮管線內(nèi)流體的流動狀態(tài)，沉積速率（V）應(yīng)在層流狀態(tài)與紊流狀態(tài)的共有范圍內(nèi)選值［7］，本次計算時V為1.5×10-5m/h。將表1參數(shù)代入公式（1）、（2），計算得出最小有效流通內(nèi)徑DT為136.39 mm，又由公式（3）求出熱洗周期為31.4 d。由此可知，理論公式法與經(jīng)驗圖表法確定的熱洗周期相差較小。