不同混合比例原油输送过程中安全停输时间计算

刘雨薇，杨 凯



不同混合比例原油输送过程中安全停输时间计算

刘雨薇，杨 凯

（东北石油大学， 黑龙江 大庆 163318）

混输管道内原油的掺混比例不同，原油的物性及流变参数也会有所不同，管道的运行的温度、压力等动态参数也会随之改变。对管道全年周围土壤环境温度进行了计算，运用OLGA软件分别对埋地热油管道的停输和再启动过程进行了模拟，针对不同混合比例以及全年不同月份，对管道的安全停输时间进行了计算，给出了计算结果，确保管道停输再启动过程的安全平稳运行。

不同混合比例；停输时间；管道停输；再启动

埋地热油管道在生产运行时，难免会由于出现泄漏、设备故障等问题而导致停输[1]。如果管道停输的时间过长，管内原油又在不断地向管道周围散热，很可能造成凝管事故的发生[2-4]。此外停输时间过长也可能导致管道再启动压力过高，超过管道设计承压而使管道受损。因此,对管道停输温降和再启动压力变化规律进行研究，计算合理准确的安全停输时间，可有效避免管道停输事故的发生[5,6]。

大庆油田外输管道于2014年11月正式投产运行，管道全长199 km，管径主要为φ377 mm×7.1 mm和φ377 mm×6.3 mm两种形式,平均埋深1.5 m,全线设有热泵首站、两个中间加热站以及收油计量末站。管内所输原油为大庆原油和俄罗斯原油按比例混合后的原油,设计输量200~300万t/a,设计最高压力为6.3 MPa，实际最高运行压力为6.0 MPa,设计最高出站温度75 ℃，实际运行出站温度为70 ℃，正常运行出站温度为65 ℃。由于管道沿线穿越铁路、公路、沼泽、耕地、河流等复杂地势，计划检修和泄露抢修在所难免，管道也就随时面临紧急停输的可能。本文通过对原油混输管道安全停输时间研究,确定不同混合比例油品输送过程中管道全年不同月份的安全停输时间，为现场维抢修提供理论指导，对于降低管道运行风险，确保管道安全运行具有重要意义。

1 管道周围土壤环境温度计算

运用传热学的相关知识，根据已知的大气温度来推算土壤周围温度随深度和时间的变化趋势：

式中，a为年平均气温；amax为日平均最高气温；为从日平均最高气温当日开始计算的时间；a为土壤和大气间的传热系数。用上式求得全年管道周围土壤温度如图1所示。

图1 管道周围土壤环境温度

2 OLGA软件模拟

2.1 管道停输温降模拟

运用OLGA软件对管道停输的非稳态过程进行模拟。首先用PVTsim软件建立不同混合比例油品的组分模型后倒入OLGA软件中，作为管内研究介质。在OLGA中输入相关的基础数据，如原油物性，土壤导热系数、比热容，保温层厚度、传热系数、比热以及管道管径、粗糙度、埋深、里程、高程等。选择两个换热器分别代表两个中间加热站，设置两个阀门分别代表首站及计量末站。两个阀门同时关闭，则管道进入停输状态。模型如图2所示。

图2 OLGA软件模拟管道停输在气动模型

将管道各站的出站温度设置为65 ℃（管道实际运行出站温度），先控制管道正常运行一段时间后，同时关闭首末阀门，模拟停输，观察管道终点进站温度随时间变化。以停输后进站温度不低于相应比例由品凝点以上3 ℃为条件，对管道停输后终点温度进行分析研究，确定管道停输温度条件下的安全停输时间。以2月份1:3（俄：庆）混合比例为例，观察管道末点处的进站温度随时间变化，如图3所示，可以看到，当停输17.6 h后，管道终点温度降到凝点以上3 ℃，故2月份1:3混合比例下管道停输温降条件下的安全停输时间为17.6 h。

2.2 管道再启动压力模拟

由于管道的中间站只对管道进行加热，因此在进行OLGA再启动模拟时采用恒定流量的方式进行。将管道的起始流量设定为75 kg/s，出首站的温度设为65 ℃，进入末站的压力设为0.2 MPa，同时开启首末阀门，模拟再启动。由于管道起点的压力最高，故以管道的起点处的压力不超过管道的最大承压（6.0 MPa）为条件确定再启动压力条件下管道的安全停输时间。若再启动压力高于管道最大承压则再启动失败，调整相应的停输时间，再进行模拟，若在启动压力刚好低于管道最大承压，则所对应的时间即为安全停输时间。

图3 2月份1:3混合比例下管道停输后末端压力随时间变化

以2月份1:3（俄：庆）混合比例为例对管道在启动压力进行模拟，当停输为26 h后再启动，管道中最大压力达到6.12 MPa；当停输后25 h后再启动，管道中最大压力为5.93MPa,满足管道设计运行压力。因此，2月份1:3（俄：庆）混合比例下管道压力条件下的安全停输时间为25.5 h，如图4所示。再启动刚开始时管道内顶挤原油通过泵加压推动管道内流体流动，压力随着时间逐渐增大，当增大到5.93 MPa时，管道内的胶凝原油开始屈服，压力缓慢下降至平稳4.5 MPa，再启动过程结束。

图4 停输25.4 h再启动后起点压力随时间变化

2.3 管道再启动后流量恢复情况模拟

观察管道终点流量在启动后随时间变化趋势图，如图5所示。由于管道内所输热油在停输时温度会降低，导致管道内油品受冷收缩，因此压力波在管道内会延迟一段时间传播到管道末端，故再启动1.5 h内管道末端未见流量变化。1.5 h后管道末端流量先急剧增大，而后缓慢增大至最高点后，开始缓慢下降。再启动大约 后，管道的流量恢复平稳为75.68 kg/s，符合生产要求的的最低安全启动输量范围，管道停输再启动成功。

图5 2月份1：3混合比例下再启动后末端流量变化

3 模拟计算结果

按照上述建立的模型及方法分别对管道全年不同混合比例温降条件下和再启动压力条件下的安全停输时间进行计算。综合考虑以上两种条件下的计算结果，最终确定管道全年不同混合比例下的安全停输时间，如表1所示。

表1 全年不同混合比例下管道安全停输时间

续表

月份1:21: 3 927.926.0 1026.825.0 1124.422.3 1222.820.7

对比计算结果可以看出2月份管道安全停输时间最短，其中1:2（俄：庆，下同）混合比例下安全停输时间为19.4 h，1:3比例下为17.6 h；8月份安全停输时间最长，其中1:2混合比例下的安全停输时间为29.0 h，1:3比例下为27.2 h。同月份中按1:2比例混合输送的原油管道要比1:3的安全停输时间更长一些。

4 结论

（1）以管道的停输温度不低于凝点以上3 ℃、再启动压力不超过管道设计最大运行压力6.0 MPa为约束条件，利用OLGA软件对管道停输在启动进行了模拟，建立了管道安全停输时间的计算方法。

（2）在综合考虑管道停输温降以及再启动压力对管道安全停输时间的影响的基础上，模拟计算出了不同混合比例下管道全年的安全停输时间，得出2月份管道安全停输时间最短，8月份最长，以及输送1:2混合比例原油管道的安全停输时间要比1:3时长，为管道的安全运行提供技术指导。

［1］ 段世文．热油管道凝管风险评价与安全停输时间研究[D]. 中国石油大学，2009．

［2］ 齐晗兵，段锡钧．海底输油管道安全停输实验[J]. 油气田地面工程，2007，06：18.

［3］ 罗丹，汪敏，肖金华，吴玉国. 埋地热油管道安全停输时间计算方法及其影响因素[J]．当代化工，2014，10：2137-2139+2142．

［4］ 林名桢．含蜡原油输送管道再启动模型的研究[D]. 中国石油大学，2007.

［5］ 许丹，申龙涉，杜明俊，陈忠华．埋地热油管道停输三维非稳态传热过程的数值模拟[J]．辽宁石油化工大学学报，2010，04：47-50+87．

［6］ 刘扬，袁亮，魏立新. 庆哈埋地管道安全停输时间模拟[J]. 油气储运，2009，04：16-18+84．

Calculation of Safe Shutdown Time in Transportation of Crude Oil With Different Mixing Proportion

，

（NorthEast Petroleum University, HeilongjiangDaqing163318，China）

If mixing proportion of crude oil in the pipeline is different, the physical properties and rheological parameters of crude oil will be different, the pipeline operation temperature, pressure and other dynamic parameters will be changed. In this paper, annual soil temperature around the pipeline was calculated, shutdown process and restart process of buried hot oil pipeline were respectively simulated by Olga software, aiming at different mixing ratios and different months, the safe shutdown time of the pipeline was calculated. The calculation results were obtained to ensure safe and stable operation of pipeline shutdown and restart processes.

different mixing ratio; shutdown time; pipeline shutdown; restart

TE 832

A

1671-0460（2016）07-1602-03

2016-06-04

刘雨薇（1991-），女，黑龙江省大庆市人，在读硕士研究生，研究方向：石油与天然气工程。E-mail：782343312@qq.com。