低地温环境下0#柴油输送技术研究

刘艳东 刘紫微 邸俊杰 石咏衡 崔娜 秦琴

1中国石油天然气管道工程有限公司

2北京东方华智石油工程有限公司

3国家管网集团生产经营本部（油气调控中心）

我国西南地区0#柴油市场消费量大，但部分地区由于多年冻土的存在，制约着0#柴油管道输送，0#柴油主要以铁路运输为主，在新建某西南成品油管道之际，有必要对低温环境下0#柴油输送技术进行研究，解决低地温环境下管道输送0#柴油的问题，缓解铁路运力紧张局势，降低输送能耗和损耗，保护生态环境，提高管道输送效益。0#柴油低温环境下，柴油中的正构烷烃以蜡晶的形式析出，柴油流动性变差甚至凝固。目前国内北方地区已开始尝试用低凝点柴油调和方式进行输送0#柴油[1]，但工程实践表明，该方法成本较高，降凝效果不显著。本文以通过西南成品油管道工程为例，对0#柴油“降凝加保温”输送方案的研究制定过程进行总结，以为后续工程设计提供借鉴。

1 0#柴油管道输送影响因素分析

柴油之所以在低温下失去流动性，是由于低温下，高熔点的石蜡烃以针状或片状结晶析出并相互粘接，形成三维网状结构，将低熔点油吸附并包于其中，犹如吸水的海绵，致使整个油品丧失流动性[2]。通过对格尔木炼厂和兰州石化炼厂的0#柴油油样分析，柴油输送不仅与油品的凝点有关，而且与柴油的冷滤点密切相关。不同实验温度下兰州炼厂和格尔木炼厂0#柴油析出量见表1、图1。

表1 不同温度下0#柴油析出量实验结果Tab.1 Experimental results of 0#diesel oil precipitation at different temperatures

图1 不同温度下0#柴油析出量Fig.1 Precipitation of 0#diesel at different temperatures

在实际工程方案制定时，应首先通过实验掌握管道输送0#柴油的物性，重点是掌握冷滤点和凝点，因为不同炼厂生产的0#柴油物性也不同，需要先通过实验确定管道输送的0#柴油具体的冷滤点和凝点。实验结果证明，兰州炼厂的0#柴油在≤2 ℃的环境温度下会有少量结晶析出，由此可得出即使0#柴油的凝点低于0 ℃的情况下，也会因为冷滤点高造成0#柴油在低温环境下的析出，从而造成油品在管道中凝结，影响管道输送。

2 降凝剂的选用

添加降凝剂是目前改善柴油低温流动性能的高效方法[3]，少量的降凝剂就能改善蜡的结晶过程[4]，抑制蜡晶的生晶和生长，使蜡晶形成小颗粒而很难聚集，进而改善柴油的低温流动性能，使其凝固点和冷滤点满足柴油的应用指标。不同降凝剂类型、不同添加量，0#柴油冷滤点降低值不同，工程实践中应对比不同降凝剂的降凝效果，为方案比选和降凝剂选用奠定基础[5]。

某西南成品油管道工程针对不同种类的降凝剂做了实验比对，分别选用某实验室自制的柴油降凝剂TM降凝剂、市售的EVA降凝剂和国外1800型降凝剂，三种降凝剂不同加剂量下对兰州石化炼厂和格尔木炼厂生产的0#柴油冷滤点影响见表2[6-8]。

表2 不同降凝剂及加剂量下0#柴油的冷滤点Tab.2 0#diesel oil cold filter point with different pour point depressants and different dosages ℃

3 加剂方案选取

3.1 输送方案

确定0#柴油最低输送温度（对应不同加剂量）、保温层厚度组成多个技术方案进行技术经济比选[9]。方案选取时需综合考虑以下因素：

（1）0#柴油输送温度选取的越低，需要添加的降凝剂量越大，加剂费用越高，成本支出越大。

（2）0#柴油输送温度选取的越高，需要添加的降凝剂量越小，成本小，但可能导致方案不可行或者需要加热输送。

（3）保温层厚度取值越大，管道与土壤间总传热系数越小，越利于0#柴油输送，但投资较高。

以西南某成品油管道为例，根据工程经验选取9种输送方案（表3）。

表3 0#柴油输送方案Tab.3 0#diesel transmission schemes

由表3可知，该成品油管道以输送兰州石化0#柴油为主，加剂为TM 剂，因此，表中加剂量及冷滤点值取加TM 剂为实验数据，输送温度高于冷滤点1 ℃。保温材料选用导热系数低、绝热性能好、机械强度高、物理化学性能稳定、吸湿率小的材料，推荐采用硬质聚氨酯泡沫材料制品，导热系数为0.027 W/m·K（25 ℃）。由于多年冻土的存在，应尽量避免采用加热输送方式。

3.2 水力、热力校核方案

利用国际通用的SPS 软件对选取的9 个方案进行计算校核，通过水力、热力计算结果确定方案的可行性。主要考虑的因素为是否需要设置热站进行加热输送，如果设置热站，需要计算出相应的加热负荷，根据加热负荷计算出热站投资和运行燃料费用，用于经济比选。以方案1为例，进行水力、热力校核[10-19]，方案1 校核结果见表4、图2。加剂处理、最低输送温度为2 ℃，线路保温，保温层80 mm，加热输送。

表4 方案1管道沿线各站计算参数Tab.4 Calculation parameters of each station along the pipeline in Scheme 1

图2 管道沿线温度分布Fig.2 Temperature distribution along pipeline

根据方案一的水力、热力模拟结果，按照最低输送温度为2 ℃进行输送时，2#泵站、3#泵站和4#泵站需要设置加热炉以满足输送要求。

3.3 技术经济比选

对不同方案费用现值进行比选，费用现值包括建设投资和运行成本，建设投资包括保温层投资、加热站投资；运行成本包括加剂费用、加热耗用燃料费用。费用现值最低的方案确定为最优方案，同时，应尽量避免采用加热输送方案，减少对永冻土的破坏，保护生态环境。9个方案的费用现值比选见表5，其中方案7费用现值最低，为最优方案。

表5 不同输送方案的费用现值比选Tab.5 Comparison of cost present value for different transportation schemes

确定最优方案后，即确定了以下关键指标：

（1）0#柴油最低输送温度，-2 ℃，对应的TM降凝剂加剂量为600 mg/L。

（2）保温层厚度为80 mm，多年冻土段全段保温。

4 加剂方案设置方法

（1）加剂位置的确定。长输管道距离较长，0#柴油从首站输送至末站需要一定的时间，因此，需要通过实验确定降凝剂的稳定性，根据降凝剂稳定性，考虑是否在沿线站场设置加剂装置[20]。西南某成品油管道加剂后0#柴油稳定性见表6。

表6 调和、加剂后0#柴油稳定性Tab.6 Stability of 0#diesel after blending and adding

通过实验可得出，加剂后的0#柴油室温静态储存4 周，冷滤点无变化，储存5 周，冷滤点有1 ℃的回升，可判断降凝效果可持续约28 天左右；管道投产初期往往流速最小，0#柴油从首站至末站时间最长约22 天。因此，在管道首站设加剂装置即可，但需选取在沿线站场必要位置设手动取样口及加剂预留口，以在管道运行期间取样分析，确定降凝剂在0#柴油实际输送过程中的应用效果，如果效果较实验数据有所降低，可在加剂预留口的位置补设加剂装置。

（2）加剂流程的确定。降凝剂可以先与0#柴油进行预混，充分混合后，通过加剂泵（计量泵）按加计量注入到管道中。要根据加剂量确定加剂泵的流量，根据管输0#柴油运行压力确定加剂泵的扬程[21-23]。搅拌罐设置2 座，1 座用于掺混搅拌，1 座用于注入，加剂泵也应设置2 台，1 用1 备，提高运行可靠性，加剂橇流程见图3。

图3 加剂橇流程Fig3 Process of dosage-adding skid

5 结束语

目前国内北方地区尝试用低凝点柴油调和方式进行0#柴油输送，但工程实践表明，该方法成本较高，降凝效果不显著。本方法通过对低温环境下0#柴油输送影响因素进行分析，详细论述了降凝剂选用，加剂方案选取、加剂方案技术经济论证及加剂方案设置方法的全过程研究，可指导管道低温环境下0#柴油输送方案设计，实现低温环境下0#柴油的常温输送，处于永冻土区的管道可减少对永冻土的破坏，保护生态环境，实现低温环境下管道0#柴油的安全、平稳、经济输送。