英買力至牙哈裝車站輸油管線節(jié)能運(yùn)行探究

李志國 王延昌 李將韜 馮杰 程曦 吳俊成 田玉琛 李贊博

（中國石油塔里木油田分公司）

在油品的儲(chǔ)存和集輸過程中，要保證油品溫度高于凝固點(diǎn)3～5℃，否則會(huì)出現(xiàn)凝固和凍堵事故，影響安全生產(chǎn)。只有在油品輸送過程中準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出沿線油品的溫度分布情況，才能有效地避免凍堵事故的發(fā)生。而在部分油品管線的溫度控制中，往往會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榭紤]到凍堵風(fēng)險(xiǎn)而將溫度設(shè)置過高而造成能源浪費(fèi)。利用有效的熱力計(jì)算方法對(duì)英買力作業(yè)區(qū)至牙哈裝車站凝析油管線（簡稱英牙輸油管線）溫度下降趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)判，確定更加科學(xué)合理的油品控制溫度，最大可能地實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約。

1 英買力凝析油性質(zhì)分析

英買力外輸油管道輸送油品為穩(wěn)定凝析油和穩(wěn)定輕烴的混合物，其中以凝析油為主（因該混合物物性與凝析油接近，統(tǒng)稱為凝析油）。實(shí)測(cè)英牙輸油管線凝點(diǎn)數(shù)據(jù)見表1。

從表1可以看出，近11個(gè)月以來，英牙輸油管線中的油品凝固點(diǎn)始終在10℃左右，未超過12℃,性質(zhì)穩(wěn)定。

2 英牙輸油管線運(yùn)行現(xiàn)狀

英買力凝析油外輸線路水平長度為148.2 km，實(shí)際長度為151.0 km，管線直徑為219 mm，材質(zhì)為L320A直縫電阻焊鋼管，壁厚5.2 mm；設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa，設(shè)計(jì)輸量56×104t/a。管道防腐保溫采用環(huán)氧粉末防腐層、聚氨酯泡沫保溫管。中間加熱站2臺(tái)凝析油加熱爐（1 500 kW）1用1備。英牙輸油管線實(shí)際運(yùn)行的沿程溫降數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表2。

表1 英牙輸油管線中油樣凝固點(diǎn)數(shù)據(jù)

表2 英牙輸油管線沿線實(shí)際運(yùn)行溫降

由表2可知，英買力原油在輸送過程中基本呈線性下降趨勢(shì)，具備可預(yù)測(cè)性。如果能夠在實(shí)際生產(chǎn)過程中預(yù)測(cè)出沿線任何一個(gè)位置上的溫度，就可以有效地避免因?yàn)闇囟缺頁p壞、遠(yuǎn)傳失靈、工作失誤等原因造成的運(yùn)行安全事故。

3 英牙輸油管線運(yùn)行方案同英買力油品性質(zhì)之間的矛盾

矛盾主要存在于運(yùn)行過程中油品溫度同凝固點(diǎn)之間的溫差過大，并對(duì)兩者進(jìn)行了比較。英牙輸油管線實(shí)際運(yùn)行過程中的溫度控制參數(shù)見表3。

表3 冬季運(yùn)行方案中英牙輸油管線溫度控制參數(shù)

由表3可知，進(jìn)站油溫的控制過于保守，進(jìn)站溫度的控制達(dá)到了35℃左右，而實(shí)際在整個(gè)冬季運(yùn)行中，該管線的油品凝固點(diǎn)僅僅維持在12℃以下。針對(duì)牙哈裝車站的實(shí)際運(yùn)銷情況，35℃的溫度控制下限也顯得過于保守，可以選擇將溫度控制下限下調(diào)，即在冬季運(yùn)行過程中將中間站加熱爐的油品出站溫度科學(xué)合理地下調(diào)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)能源的節(jié)約利用。

4 中間站加熱爐的能耗分析

4.1 實(shí)際上中間站加熱爐降低出站溫度后的耗能分析

中間站加熱爐不同出站溫度下對(duì)天然氣耗能有較大的影響，詳見表4和表5。

表4 出站溫度下調(diào)前天然氣耗能

由表4和表5的比較可知，出站溫度下調(diào)3℃，天然氣每天的耗氣量可節(jié)約達(dá)269 m3。

4.2 理論上加熱爐降低出站溫度的耗能計(jì)算

式中：W——每日油品加熱所需熱量，kJ；

m——每日加熱油品的質(zhì)量，kg；

c——凝析油比熱容，kJ/(kg·℃)；

Δt——油品溫升，℃。

表5 出站溫度下調(diào)后天然氣耗能

若按天然氣熱值H0=33 356kJ/m3、加熱爐熱效率u=0.9計(jì)算，則每天加熱爐用氣量為

由公式（2）可知，c、 H0均為常數(shù)，m取決于作業(yè)區(qū)凝析油產(chǎn)量，要控制V，關(guān)鍵是控制Δt和 u。控制Δt，就是要調(diào)節(jié)中間加熱站凝析油出站溫度，同時(shí)為保證管線的安全運(yùn)行，還要研究管線的溫降規(guī)律，確定合理的Δt。控制u，就是要通過對(duì)加熱爐的保養(yǎng)和調(diào)試，提高其熱效率。

以每日輸送1 000 t凝析油、中間加熱站溫升減少5℃計(jì)算，每日可以節(jié)省天然氣446.3 m3，每年運(yùn)行7個(gè)月可節(jié)省天然氣93 723 m3。按照市場(chǎng)天然氣價(jià)格2.0元/m3計(jì)算，1年可以節(jié)省18.7萬元。

5 輸油管線沿線溫度分布計(jì)算

要保證英買力作業(yè)區(qū)凝析油進(jìn)牙哈裝車站溫度在實(shí)現(xiàn)節(jié)能情況下避免發(fā)生凝管事故，需對(duì)沿線溫度進(jìn)行預(yù)判，確定合理準(zhǔn)確的中間站出站溫度。

沿線溫度分布通常采用舒霍夫公式[1]計(jì)算：

式中：TR——管道起點(diǎn)油溫，℃；

T0——周圍介質(zhì)溫度，埋地管道取管中心埋深處自然低溫，℃；

TL——距起點(diǎn)L處的油溫，℃。

K——管道總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；

D——管道外直徑，m；

G——油品的質(zhì)量流量，kg/s；

c——輸油平均溫度下油品的比熱容，J/(kg·℃)；

g——重力加速度，m/s2；

i——油流水力坡降，m/m。

式中的比熱容c，為了簡化計(jì)算通常取一點(diǎn)的比熱容來對(duì)整個(gè)站間進(jìn)行計(jì)算。式中的水力坡降i，因?yàn)槠溲爻淌窃谧兓模?jì)算中可近似取加熱站間管道的平均水力坡降。水力坡降是單位長度管

流態(tài)判斷[2]如下：

首先判斷雷諾數(shù)Re，即

式中：Q——原油的體積流量，m3/s；

d——管內(nèi)徑，m；

ν——輸送溫度下原油的運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s。再次判斷管線的相對(duì)當(dāng)量粗糙度ε，即

式中：e——管壁的絕對(duì)當(dāng)量粗糙度，m。

根據(jù)我國《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，通常對(duì)于無縫鋼管取 e=0.06mm；

當(dāng)Re＜3000時(shí)為層流區(qū)，m＝1，β＝4.15；當(dāng)3000＜Re＜Re1時(shí)為水力光滑區(qū)，m＝0.25， β＝0.024 6；當(dāng)Re1＜Re＜Re2時(shí)為混合摩擦區(qū)， m ＝0.123，當(dāng)Re＞Re2時(shí)為粗糙區(qū)，m＝0， β＝0.826×64/Re。

再求得m、 β之后即可求得水力坡降，在其他幾項(xiàng)可測(cè)、可知的情況下就可以算出沿線任何一處的管線溫度，為防止管線凍堵和加熱爐的啟停提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

針對(duì)英買力輸油管線進(jìn)行實(shí)際計(jì)算：

管線埋地溫度為10℃，流量為36 t/h，比熱容為2.8 kJ/(℃·m3)，運(yùn)動(dòng)黏度為3×10-5m2/s，總傳熱系數(shù)為0.55W/(m2?℃)。計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 計(jì)算的溫度變化數(shù)據(jù)

英買力輸油管線沿線溫度降低趨勢(shì)呈可預(yù)見性分布。從計(jì)算結(jié)果來看，預(yù)算的沿線溫度分布情況同實(shí)際溫度分布情況變化規(guī)律很相近，具有可靠性。在該計(jì)算過程中，對(duì)于傳熱系數(shù)、比熱容、運(yùn)動(dòng)黏度均采取了保守算法。當(dāng)上述計(jì)算參數(shù)同實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)相同時(shí)，該計(jì)算結(jié)果更加有效。在提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的前提下可以為加熱爐的啟停溫度提供數(shù)據(jù)參考。

6 結(jié)論

針對(duì)英買力作業(yè)區(qū)至牙哈裝車站的凝析油輸送管線進(jìn)行節(jié)能方案研究。以公式計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為依據(jù)，參照合理的中間站加熱爐的啟停溫度，制定更加合理的關(guān)爐日期。在1年的管線運(yùn)行過程中，環(huán)境條件和油品性質(zhì)不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些大的波動(dòng)，能夠利用計(jì)算公式及時(shí)地作出分析并調(diào)整運(yùn)行方案。這樣既可以為氣溫突變等突發(fā)情況的應(yīng)對(duì)方案提供數(shù)據(jù)依據(jù)，也可以通過計(jì)算制定安全合理的冬季、夏季運(yùn)行方案，達(dá)到有效利用能源的目的。