英买力至牙哈装车站输油管线节能运行探究

李志国 王延昌 李将韬 冯杰 程曦 吴俊成 田玉琛 李赞博

（中国石油塔里木油田分公司）

在油品的储存和集输过程中，要保证油品温度高于凝固点3～5℃，否则会出现凝固和冻堵事故，影响安全生产。只有在油品输送过程中准确地预测出沿线油品的温度分布情况，才能有效地避免冻堵事故的发生。而在部分油品管线的温度控制中，往往会出现因为考虑到冻堵风险而将温度设置过高而造成能源浪费。利用有效的热力计算方法对英买力作业区至牙哈装车站凝析油管线（简称英牙输油管线）温度下降趋势进行预判，确定更加科学合理的油品控制温度，最大可能地实现能源节约。

1 英买力凝析油性质分析

英买力外输油管道输送油品为稳定凝析油和稳定轻烃的混合物，其中以凝析油为主（因该混合物物性与凝析油接近，统称为凝析油）。实测英牙输油管线凝点数据见表1。

从表1可以看出，近11个月以来，英牙输油管线中的油品凝固点始终在10℃左右，未超过12℃,性质稳定。

2 英牙输油管线运行现状

英买力凝析油外输线路水平长度为148.2 km，实际长度为151.0 km，管线直径为219 mm，材质为L320A直缝电阻焊钢管，壁厚5.2 mm；设计压力6.3 MPa，设计输量56×104t/a。管道防腐保温采用环氧粉末防腐层、聚氨酯泡沫保温管。中间加热站2台凝析油加热炉（1 500 kW）1用1备。英牙输油管线实际运行的沿程温降数据统计见表2。

表1 英牙输油管线中油样凝固点数据

表2 英牙输油管线沿线实际运行温降

由表2可知，英买力原油在输送过程中基本呈线性下降趋势，具备可预测性。如果能够在实际生产过程中预测出沿线任何一个位置上的温度，就可以有效地避免因为温度表损坏、远传失灵、工作失误等原因造成的运行安全事故。

3 英牙输油管线运行方案同英买力油品性质之间的矛盾

矛盾主要存在于运行过程中油品温度同凝固点之间的温差过大，并对两者进行了比较。英牙输油管线实际运行过程中的温度控制参数见表3。

表3 冬季运行方案中英牙输油管线温度控制参数

由表3可知，进站油温的控制过于保守，进站温度的控制达到了35℃左右，而实际在整个冬季运行中，该管线的油品凝固点仅仅维持在12℃以下。针对牙哈装车站的实际运销情况，35℃的温度控制下限也显得过于保守，可以选择将温度控制下限下调，即在冬季运行过程中将中间站加热炉的油品出站温度科学合理地下调，这样能够实现能源的节约利用。

4 中间站加热炉的能耗分析

4.1 实际上中间站加热炉降低出站温度后的耗能分析

中间站加热炉不同出站温度下对天然气耗能有较大的影响，详见表4和表5。

表4 出站温度下调前天然气耗能

由表4和表5的比较可知，出站温度下调3℃，天然气每天的耗气量可节约达269 m3。

4.2 理论上加热炉降低出站温度的耗能计算

式中：W——每日油品加热所需热量，kJ；

m——每日加热油品的质量，kg；

c——凝析油比热容，kJ/(kg·℃)；

Δt——油品温升，℃。

表5 出站温度下调后天然气耗能

若按天然气热值H0=33 356kJ/m3、加热炉热效率u=0.9计算，则每天加热炉用气量为

由公式（2）可知，c、 H0均为常数，m取决于作业区凝析油产量，要控制V，关键是控制Δt和 u。控制Δt，就是要调节中间加热站凝析油出站温度，同时为保证管线的安全运行，还要研究管线的温降规律，确定合理的Δt。控制u，就是要通过对加热炉的保养和调试，提高其热效率。

以每日输送1 000 t凝析油、中间加热站温升减少5℃计算，每日可以节省天然气446.3 m3，每年运行7个月可节省天然气93 723 m3。按照市场天然气价格2.0元/m3计算，1年可以节省18.7万元。

5 输油管线沿线温度分布计算

要保证英买力作业区凝析油进牙哈装车站温度在实现节能情况下避免发生凝管事故，需对沿线温度进行预判，确定合理准确的中间站出站温度。

沿线温度分布通常采用舒霍夫公式[1]计算：

式中：TR——管道起点油温，℃；

T0——周围介质温度，埋地管道取管中心埋深处自然低温，℃；

TL——距起点L处的油温，℃。

K——管道总传热系数，W/(m2·℃)；

D——管道外直径，m；

G——油品的质量流量，kg/s；

c——输油平均温度下油品的比热容，J/(kg·℃)；

g——重力加速度，m/s2；

i——油流水力坡降，m/m。

式中的比热容c，为了简化计算通常取一点的比热容来对整个站间进行计算。式中的水力坡降i，因为其沿程是在变化的，计算中可近似取加热站间管道的平均水力坡降。水力坡降是单位长度管

流态判断[2]如下：

首先判断雷诺数Re，即

式中：Q——原油的体积流量，m3/s；

d——管内径，m；

ν——输送温度下原油的运动黏度，m2/s。再次判断管线的相对当量粗糙度ε，即

式中：e——管壁的绝对当量粗糙度，m。

根据我国《输油管道工程设计规范》的规定，通常对于无缝钢管取 e=0.06mm；

当Re＜3000时为层流区，m＝1，β＝4.15；当3000＜Re＜Re1时为水力光滑区，m＝0.25， β＝0.024 6；当Re1＜Re＜Re2时为混合摩擦区， m ＝0.123，当Re＞Re2时为粗糙区，m＝0， β＝0.826×64/Re。

再求得m、 β之后即可求得水力坡降，在其他几项可测、可知的情况下就可以算出沿线任何一处的管线温度，为防止管线冻堵和加热炉的启停提供数据依据。

针对英买力输油管线进行实际计算：

管线埋地温度为10℃，流量为36 t/h，比热容为2.8 kJ/(℃·m3)，运动黏度为3×10-5m2/s，总传热系数为0.55W/(m2∙℃)。计算结果见表6。

表6 计算的温度变化数据

英买力输油管线沿线温度降低趋势呈可预见性分布。从计算结果来看，预算的沿线温度分布情况同实际温度分布情况变化规律很相近，具有可靠性。在该计算过程中，对于传热系数、比热容、运动黏度均采取了保守算法。当上述计算参数同实际现场参数相同时，该计算结果更加有效。在提供准确数据的前提下可以为加热炉的启停温度提供数据参考。

6 结论

针对英买力作业区至牙哈装车站的凝析油输送管线进行节能方案研究。以公式计算数据和实际现场数据为依据，参照合理的中间站加热炉的启停温度，制定更加合理的关炉日期。在1年的管线运行过程中，环境条件和油品性质不可避免地会出现一些大的波动，能够利用计算公式及时地作出分析并调整运行方案。这样既可以为气温突变等突发情况的应对方案提供数据依据，也可以通过计算制定安全合理的冬季、夏季运行方案，达到有效利用能源的目的。