原油管道低輸量輸送工藝分析與降凝劑處理研究

岳夢(中石化管道儲運公司華東管道設計研究院，江蘇徐州221000)

原油管道低輸量輸送工藝分析與降凝劑處理研究

岳夢(中石化管道儲運公司華東管道設計研究院，江蘇徐州221000)

低輸量原油管道輸送作業中，由于輸送距離較長，熱力條件的變化對輸油管道安全運行與生產管理造成較大的影響，采用降凝劑處理來降低原油凝點與粘度，進而降低原油流動性變化帶來的影響，并通過實踐分析探究該工藝的經濟可行性。

低輸量;原油管道輸送;降凝劑處理

國內原油大多為含蠟原油，在長距離管道輸送中會隨溫度的降低逐漸呈現牛頓流體形式、假塑性流體形式、屈服加速性流體形式，對原油產生一定影響。加入降凝劑改變原油流變性，在溫度逐漸降低下，降低原油凝點與粘度，對低輸量管道輸送工藝具有實際價值。

1 低輸量原油管道輸送不穩定因素分析

1.1 熱力特性

輸油量減小會導致摩擦系數增加。降溫規律根據蘇霍夫公式[1]描述：

其中k為傳熱系數，D為管道外徑，L為熱站出口距離，Q為原油質量流量。在加熱站出口周圍，由于溫度較高，粘度較低，油流大多處于紊流光滑區。油溫降低與粘度增大，會導致雷諾數減小，當溫度降低或粘度增加時轉變為層流。

1.2 水力特性

摩阻系數受到流體的流態變化影響巨大，根據列賓宗公式[2]管道沿程摩阻損失h表達式為：

其中v為原油黏度，L為管長，d為管道內徑，Q為流量，m為系數。常溫輸送的情況下，原油的溫度與黏度基本不變，摩阻隨輸量的減小發生單調遞減。而黏度主要與溫度、流體的類型相關。實驗表明，牛頓流體的黏度隨溫度的變化相對緩慢，而非牛頓流體則受溫度的影響非常大。原油在溫度較高的情況下表現為牛頓流體，而在溫度較低時（低于原油反常點）則轉變為非牛頓流體，其表觀黏度會隨著輸量的減少而急劇增加。

2 低輸量原油管道輸送改進工藝研究

2.1 降凝劑作用原理

原油加溫到一定程度，蠟晶幾乎全部溶解到油中，加入降凝劑能夠在降溫過程中起到晶核作用，并在原油析蠟之前析出，成為蠟晶的發育中心，防止蠟晶形成較大的蠟團。同時還能夠進行蠟晶活性中心的吸附，進而改變其取向性，抑制蠟晶形成三維網狀結構，防止出現粘附現象。此外還有一部分的降凝劑能夠起到共晶作用，破壞其取向性，阻礙蠟晶的持續發育。因此降凝劑的主要作用機理就是改變蠟晶的發育歷程，分散晶體，并阻礙立體結構的形成，降低原油凝點與粘度，進而改善原油流動性，提高輸送效率。

2.2 原油流變性分析

原油流變性隨溫度降低而逐漸出現牛頓流體、假塑性流體等特征，關鍵特征點為析出點43℃、反常點39℃。不同溫度流變性表征為：

（1）原油溫度T為38℃-48℃時為牛頓流體，粘溫關系為（μ為原油粘度）：

（2）原油溫度T為35℃以下時，呈現屈服假塑性流體，屈服值與原油溫度的關系式為（τ為原油屈服值）：

2.3 常見低輸量輸送工藝

加藥改性：加藥改性主要是通過添加流動改性劑來控制原油黏度等流變性，根據材料的化學成分不同，其改性原理有所區別。流動改性劑主要成分為環氧乙烷、環氧丙烷以及清水性比較強的表面活性劑，在常溫或低溫原油中能夠吸附在管壁形成親水膜，降低管壁的摩阻，抑制石蠟與凝油在管壁的沉積，顯著降低原油表觀黏度。

3 應用實例分析

某油庫原油對熱處理較為敏感，在低輸量管道溫度范圍內熱處理影響表現顯著。現對該油庫原油進行改性，增加200ppmGY降凝劑，通過熱處理與降凝劑作用，改善原油流變性。

實踐發現，70℃的熱處理能夠降低凝點至25℃；60℃的熱處理能夠降低凝點至27℃；40℃為循環加熱惡化溫度。通過添加40g/t降凝劑，并經過60℃處理后，反常點由39℃降到31℃，凝點也有效地降低到24℃左右，改性效果比較理想，提高低輸量輸送效率。

本文對幾種含蠟原油采用降凝劑處理，表1所示為降凝劑處理前后改性效果。

表1 降凝劑處理改性前后比較

結果表明添加降凝劑與加熱處理，該降凝劑由高壓多元聚合生產工藝制成，加入原油中后發生共晶吸附作用，阻礙了石蠟的結晶，進而有效降低了原有的凝固點與粘度，改善低溫下的流動性能。實驗表明，通過添加降凝劑顯著降低了輸送能耗30%左右，原油所呈現的牛頓流體特征溫度可以降低5～10℃，凝點則降低了10～20℃，表觀粘度降低率在90%以上，改性效果良好。

4 結語

（1)通過降凝劑處理，改變原油流變性，能夠確保冬季準常溫輸送，確保原油低輸量管道輸送效率。

（2)分析發現原油熱力特性與水力特性等不穩定因素對凝管安全性具有一定影響，通過減少各因素的影響，可以提高管道輸送效率與輸送質量。

[1] 曹喜文.原油外輸管道低輸量運行技術研究[D].大慶石油學院,2010.

[2] 張振興.含蠟原油管道低輸量運行特性分析及安全保障技術研究[D].東北石油大學,2016.