終端處理廠輕油代替淡水置換外輸管線工藝優化實踐

柳鵬，楊炳華，聶猛，彭遠志，鄭樹偉

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

某終端負責海上原油的加工處理及銷售，通過兩條外輸鋼管將原油輸送至離岸外轉塔式單點。提油輪通過漂浮軟管與外轉塔式單點連接，如圖1 所示。外輸作業前，需要利用外輸原油置換外輸管道，即從A管線輸入原油，從B管線循環返回（或從B管線輸入原油，從A管線循環返回），直至將外輸管線中的淡水完全置換，以免影響外輸原油含水率的計量，避免產生原油銷售商務糾紛[1]。循環頂替過程中，初期循環返回的基本為含油量較少的淡水，進清水罐儲存，用于原油銷售后頂替原油，循環頂替后期返回的流體中，原油含量逐步增多，需要切入原油儲罐儲存，在原油儲罐中靜止分離，分離出的生產水重新用切水泵打回終端的油水處理系統處理。提油作業結束后，為防止原油在外輸管線中凝固，堵塞外輸管線，需要從A 管線輸入淡水，將A管線及外輸軟管用淡水完全置換，然后將淡水從B 管線循環返回（或從B 管線輸入淡水，從A 管線循環返回），循環頂替過程中，初期循環返回的流體基本為原油，中后期為含水原油，流體進原油儲罐，在原油儲罐中油水分離，罐底含油生產水重新用切水泵打回終端的油水處理系統處理[2]。

圖1 外輸提油作業流程

從上述工藝過程可以看出，提油作業前，需要用原油置換外輸管線中的淡水；提油作業后，需要用淡水置換外輸管線中的原油。單次外輸管線置換消耗淡水700 m3，不僅浪費淡水資源，同時也增加終端油水處理負擔。另外，延長提油船舶靠泊時間，增加提油工作工作量，提高提油風險[3]。

1 技術方案及問題分析

為解決終端提油淡水消耗量大、提油時間長、生產水處理量大問題，設計了氮氣吹掃、單管雙介質運行、雙管三介質運行3 種工作方案，通過方案比選，最終選用雙管三介質運行方案。

1.1 氮氣吹掃方案及缺點

方案：提油作業結束后，利用造氮機制造氮氣，對外輸管道內原油進行吹掃，防止原油在外輸管道內發生凝固。此技術方案在渤中28-1油田有應用案例[4]。

技術缺點：對于FPSO 提油，提油輪提油作業時，只通過漂浮軟管連接，需要原油置換的漂浮軟管體積較小，因此對置換及計量影響較小。對于有很長陸地及海底輸送管段的陸岸終端，由于外輸管線容積大（1 800 m3），若采用氮氣吹掃技術方案，存在以下問題：

1）氣體逸散。提油輪提油作業前，管道內充滿氮氣，大量氮氣被原油頂替至提油輪，會通過提油輪的呼吸閥逸出，逸出的大量氮氣會攜帶原油中的輕組分，氮氣及輕烴逸散至周圍環境，影響提油輪人員健康及作業安全。

2）原油夾帶。提油作業結束后，需要用氮氣吹掃外輸管線，防止原油在外輸管線中凝固。由于該終端外輸管線容積大，吹掃的氮氣速度過低，必然在外輸管線中產生層流現象，影響原油管線置換，若吹掃氮氣流速過快，由于提油結束時，提油輪油藏較滿，大量氣體從提油輪呼吸閥逸出時，必然夾帶大量原油，給提油輪安全環保造成重大影響[5]。

3）商業計量誤差。由于氮氣吹掃，容易發生層流問題，同時外輸管道在路由中高低起伏，很難將外輸管道置換完全，容易造成外輸原油計量總量與提油輪收到的原油總量不一致，造成商業糾紛[6]。

鑒于氮氣吹掃方案的以上缺點，該方案不可行。

1.2 單管雙介質運行方案及缺點

輕油是該終端的副產品，利用輕油置換外輸管線，可以有效解決外輸管線原油凝固問題，由于外輸管線中始終充滿原油或輕油，因此不存在產生商業計量糾紛問題。單管雙介質運行方案，即是將原來的雙外輸管線運行方案改為單外輸管線運行。提油作業結束后，用輕油置換原油外輸管線。

技術缺點：采用此方案，提油單點至提油輪的漂浮軟管中充滿輕油，不進行提油作業時，單點提油的漂浮軟管不進行回收（FPSO 的漂浮軟管進行回收），充滿輕油的漂浮軟管受風浪、周圍漁船作業的影響，可能發生斷裂，存在輕油溢油風險。

因此單管雙介質運行方案不可行。

1.3 雙管三介質運行方案

雙管三介質運行方案，即利用一條外輸管線進行原油外輸，另外一條外輸管線中充滿淡水，提油作業結束后，利用輕油進行外輸管線置換，防止油管中原油凝固。輕油置換外輸管線結束后，啟動淡水泵，利用充滿淡水的另外一條外輸管線清洗置換漂浮軟管中的輕油，如圖2所示。

圖2 雙管三介質運行方案流程

此技術方案解決了外輸管線中原油置換問題，也解決了漂浮軟管中輕油置換問題，不再使用淡水循環清洗管線方式，單次提油作業淡水消耗量從700 m3減少至40 m3，方案可行。

2 技術方案研究

為保障三管三介質運行方案安全、可靠、經濟運行，開展了以下工作。

2.1 輕油腐蝕性研究

由于非提油作業時，外輸管線中的介質由淡水變為了輕油，為保障外輸海管的運行安全，開展了輕油腐蝕性研究[6]。選取該終端輕油儲罐凝析油和淡水罐淡水樣品，分別在溫度50℃條件下浸泡6 h和24 h，對比其腐蝕性，如圖3所示。

從輕油和淡水在50℃條件下6 h 的實驗結果可以看出，輕油浸泡過的銅片與新銅片對比無明顯變化，而淡水浸泡過的銅片與新銅片對比，有輕微的氧化腐蝕現象。

圖3 輕油與淡水腐蝕情況對比

從凝析油和淡水在50℃條件下24 h的實驗結果可以看出，輕油浸泡過的銅片與新銅片對比無明顯變化，而淡水浸泡過的銅片與新銅片對比，有氧化腐蝕現象。

由以上實驗分析結果可以看出，輕油對銅片腐蝕要比淡水弱。因此，采用輕油代替淡水置換外輸管線，更利于外輸管線的腐蝕防護。

2.2 輕油外輸速度研究

浮頂罐浮盤升降速度要求不超過3.5 m/h[7]，由此輕油最大外輸量為1 134 m3/h，由于進罐輕油一起參與外輸，最大外輸量為1 149 m3/h。

輕油管線流速最大不能超過4.5 m/s[8]，外輸管線中尺寸最小的是出口總管14寸，則其最大外輸量為1 558 m3/h。

綜上，根據輕油罐浮頂及外輸管線流速確定，輕油最大外輸速度不得超過1 149 m3/h。

3 實施效果

優化方案應用兩年多來，完成提油作業近200次，效果良好。

1）節水：單點提油每次可節約時間4 h，節約用水700 m3，年節約淡水資源約5.92萬m3，同時將終端生產水處理量減少至原來的1/3。

2）節電：每年可以節約外輸時間304 h，同時可減少原油儲罐切水時間。年節約電能約75萬kW·h，折合標煤92.2 t。

4 結論

南海西部油田利用輕油代替淡水進行外輸管線置換的實踐應用表明：

1）利用輕油代替淡水進行外輸管道置換方案可行，可以大量減少淡水消耗，減少油氣終端處理廠的油水分離處理負擔，降低操作成本，同時減少污水產生和排放量。

2）輕油的腐蝕性小，不會對外輸管道的腐蝕控制造成影響。

3）多次銷售和石油加工表明，輕油代替淡水置換外輸管線，不會對原油的運輸和加工產生不良影響。