新棗孔長輸管線適應性分析

殷新田 張釗穎

（大港油田第三采油廠， 河北 滄州 061723）

新棗孔長輸管線適應性分析

殷新田 張釗穎

（大港油田第三采油廠， 河北 滄州 061723）

原油的長距離輸送需要依靠長輸管線，一般都配備較粗的管線直徑和較大功率的電機。南部油區的原油具有凝固點高、粘度高、砂蠟含量高的特性，長期運行會造成管壓和電流的階梯型上升。本文從新舊長輸管線運行參數的對比入手，從導致沿程水頭損失的幾個方面進行了分析和研究，論證出了科學低耗的輸送溫度和通球周期，對節能降耗工作和延長管線使用壽命意義重大。

棗孔長輸管線；公跨；雷諾數Re；沿程阻力系數λ；沿程水頭損失hf

1　系統現狀

老棗孔長輸管線投產于1992年，起點棗一聯合站，末點孔大站，為φ325螺旋鋼管，全長25.88公里，沿線地貌復雜，多次穿越公路和溝渠，共設18個公跨。管線腐蝕嚴重，自去年三月份以來，曾多次發生漏失。目前用作北水南調的輸水管線。

新棗孔長輸管線投產于2012年4月12日，為φ273直縫鋼管，全長28.38公里，大部分埋于地下，公跨較少。

表1　新舊長輸管線基本參數對比表

通過表1的對比可以發現，管徑的變化縮短了輸送時間和溫降，但也導致了同排量時電流和管壓的增長。因此如何把握新管線電流和管壓的增長規律，將能耗降到最低就成了本次適應性分析的重點。

2　問題分析

（1）外輸現狀 棗外輸泵房共有四臺外輸泵，正常運行時啟用一臺大泵或兩臺小泵，外輸排量在160～190m/h之間。

外輸排量相同時，發電機做的有用功就是相同的。導致能耗相差如此之大的原因就是外輸過程中水頭損失的不同和電機功率因數的不同所致。水頭損失包括局部水頭損失和沿程水頭損失兩大部分，長輸管線采用直縫鋼管，且脹力彎少，所以其水頭損失主要以沿程水頭損失hf為主［1］。

以外輸排量180m/h為例，則流速為0.855m/s，外輸溫度必須小于70℃（管線的臨界溫度范圍），所以粘度值取150～500MPa/s，雷諾數Re=慣性力/粘性力=ρvd/η，其中v、ρ、η分別為流體的流速、密度與黏性系數，d為一特征長度。

Re上限=ρvd/η=920*0.855*0.273/0.15=1431.6

Re下限=ρvd/η=920*0.855*0.273/0.5=429.5

Re≤2300

所以長輸管線中原油的流動過程是層流。

hf=λlv2/（2gd） λ為沿程阻力系數：

對于層流，λ=64/Re=64/（ρvd/η）代入上式得：

可見hf與流速v和粘度η均成一次方正比的關系。

（2）影響流速v和粘度η的因素 ①流速v的影響因素

圖1　hf與流速v的關系曲線

通過圖1可以看出，相同的管線，影響流速v的因素只有管線內徑d，管線內壁結蠟會使管線內徑d縮小，流速v增大，hf增大。

所以如何控制結蠟是降低hf的關鍵因素。

南部油區原油具有雙高特性（高凝高粘），包括含蠟量較高的石蠟基原油以及膠質、瀝青質含量較高的重質原油（稠油），既有高凝原油凝固點高的特點，又有稠油粘度高的特點。

根據南部油區20口井的實驗數據統計，原油的平均析蠟溫度為60℃，臨界溫度為40℃。根據原油的結蠟特性，溫度大于60℃時，原油中的蠟晶基本上溶解，粘度值隨溫度的升高變化不大，當原油溫度在40～60℃時，蠟晶開始析出，粘度增加，但仍呈現牛頓流。當溫度小于40℃時，原油流變性質發生變化，呈現出具有時間效應的非牛頓流體特性，即原油發生凝固［2］。

目前棗一聯的外輸出口溫度為60℃，孔店末點溫度在49℃左右，溫降為0.4℃/km，正是原油的析蠟溫度范圍。由此可見，原油在外輸過程中都在不停的析出蠟晶，不斷的附著在管線內壁上，使管線內徑d減小。

②粘度η的影響因素。同一種原油造成粘度不同的原因只有溫度不同。南部油區的稠油具有粘溫特性，當溫度在析蠟溫度（60℃）以上時，原油粘度很低，而且粘度隨溫度的變化不明顯。當溫度降到析蠟點溫度以下時，高凝原油的粘度隨溫度的降低急劇上升，同時蠟晶體開始析出［3］。

3　下步措施和建議

（1）提升外輸溫度降能耗 建議每年10月至次年4月點外輸爐，保證棗一聯出口溫度為70℃，根據溫降0.4℃/km，可估計末點溫度為60℃左右，這樣外輸全程都在析蠟溫度以上。

可以在新長輸管線的外側套上一層螺旋鋼管，向鋼管跟管線的環形空間內注入比熱容比較大的恒溫清水，模擬長輸管線的溫度場，冬季生產時循環恒溫清水，保證外輸溫度。

（2）保證外輸排量降能耗 根據生產需要小幅度的緩慢增減排量，防止電流和管壓的忽高忽低，減輕管線的載荷沖擊，降低局部水頭損失。同時盡可能的將排量控制在178-180m/h，此時單耗最經濟。

4　預期效果對比

（1）節約電費 排量180m/h為例，電流370A和270A兩種情況能耗對比如下：

P2=1.732×380×270×0.85=151.0kW

電量ΔW=（P2-P1）×t=56×24=1344kW?h

電費以0.818元/kW?h計算，則日節約電費

￡1=1344×0.818=1099.4元

（2）降低通球頻率 管線結蠟嚴重時就需要進行通球，每次通球都會破壞管線原來的溫度場，在新的溫度場形成期間，管線的結蠟會更加嚴重，頻繁通球會導致此惡性循環的產生。此外，管線采用的是直縫鋼管，脹力彎少，且大部分埋于地下，通球引起的壓力波動會加速管線的疲勞進程。

該舉措可以將通球周期由以前的半月或一月一次延長到半年甚至一年一次，有效避免通球帶來的管線安全隱患和漏油事故的發生。延長長輸管線的使用壽命。

5　結論

（1）南部原油在棗孔長輸管線中的流動屬于層流，而造成沿程水頭損失hf增加的主要原因是流速v和粘度η。

（2）提高輸油溫度10℃，確保輸油全程溫度始終位于原油析蠟溫度60℃以上，降低結晶程度，延長通球周期。

（3）嚴格按照本文所研究的方法執行管線運行參數，以輸油排量180m/h為例，每天可節約電費1099.4元。

［1］金建華，王烽.流體力學［M］.湖南：湖南大學出版社，2004.

［2］潘永梅.長輸管線析蠟特點分析及應用［J］.油氣田地面工程，2001，20（6）：28-30.

［3］王中華，何煥杰，楊小華.油田化學品使用手冊［M］.北京：中國石化出版社，2004.7.

殷新田（1987- ），男，山東濰坊人，本科，現任大港油田第三采油廠助理工程師，2010年畢業于中國石油大學（華東）石油工程專業，現從事輸油工作。