鐘市--荊門輸油管線生產運行參數分析

梅明

摘 要：我國長輸管道建設已經進入了新的發展時期，管道運輸對國民經濟的發展起到了重要的促進作用。開展降低熱油管道運行能耗方面的研究非常必要，降低管道的能耗費用不僅僅是降低進站溫度的問題，而是一個牽涉到整個運行方案的綜合性問題。本文以鐘市--荊門原油輸送管道為例，詳細分析了管道的基礎數據，計算出了管道總傳熱系數。并以此為基礎對不同工況的管道參數進行了計算，給出了其參考值。對管線的停輸時間也進行了計算認為當管線停輸后，極易發生凝管事故，并建議在管線中間設加熱站，適當提高中間輸送溫度，防止出現凝管事故。對鐘市--荊門管線系統運行進行了綜合評價認為在正常設計輸量的情況下，管線均可以按不加熱的方式運行，除管線強度和泵的增壓能力外，不會發生因管線溫度過低而導致管線凝結的問題。而在低于正常設計輸量的情況下，建議在嚴寒的二月份排量大于64.80 m3/h，輸油運行正常是有保證的。

關鍵詞：鐘市--荊門;輸油管線;參數優化;輸油工藝

1 前言

對于石油、天然氣的長距離輸送，目前采用最多的是管道運輸。對于目前的石油工業界來說，管道運輸已經成為不可逆的趨勢，管道運輸具有運輸承載量大、占地面積少、管道運輸建設成本低、管道運輸連續性強安全可靠等優點[1]。但是如何減少輸油的運費，降低輸送過程中的風險等方面的內容是亟待考慮的。國內市場必須按照市場的需求對其運行的管道進行優化設計，降低產品的單位成本，才能夠提高企業在市場經濟中的競爭力。通過各種優化措施以及可行方案的技術分析[2]、經濟比較和效益評價[3]、尋優技術與經濟的最優組合，從而確定出經濟合理的運行參數，使系統工作在最佳狀態下，達到節約能源、少投入、多產出、提高經濟效益的目的[4-6]。由此可見，輸油管道優化運行方案研究是一個很有潛力的發展方向，對輸油管道優化運行進行研究具有重大的現實意義。

本文以鐘市--荊門管道為例，應用流體力學及熱力學相關理論，對現有管線運行進行計算分析，研究管線沿程流體的壓力和溫度的變化規律，進而對管線正常運行做出可行性評價分析，并對可能出現的問題進行分析，做出可行性解決方案。

2 管道概況

鐘市--荊門管道全長69.456km，起點高程1291m，終點高程1170m，全程高差121m，沿線地形地勢較為平緩，全線敷設于湖北省省境內，沿途經潛江、荊門2縣市。管道外防腐采用環氧粉末涂層，不考慮內襯;管道保溫采用聚氨酯泡沫塑料“黃夾克”，保溫厚度30mm。全線采用加劑加熱處理降凝密閉輸送工藝。管徑采用219*6mm規格，設計年輸油量為100*104t，管道設計埋深為1.2-1.4m。最高出站設計溫度為60℃，加劑最低進站溫度為12℃，管道中心埋設地溫為3℃。全線不設反輸流程，在事故狀態下，確保24h內及時處理來確保輸油管道的安全。中間清管站設水擊泄放裝置，泄放壓力為3.0MPa，延煉末站設水擊泄放，泄放壓力為5.5MPa。管道總傳熱系數K=1.0W/（m2.℃）。

3 不同工況的計算

結合當地氣候及油田資料，夏季管線排量約為46-78m3/h，起點壓力p1=3.1-3.2MPa，起點溫度t1=22-32℃，環境溫度在t0=11.6-19.4℃范圍內，管道直徑為d1in= 219*6mm。經過計算可知在輸油量超過77m3/h時，正常運行的起點壓力不足以原油送達下游站。在初夏，按正常運行參數的管內流體的溫度偏低。故應在夏初和秋初，對流體還需稍為加熱。但隨著地溫的提高，在上表的起點壓力下輸油，管內原油的溫度必然會逐步提高。

結合當地氣候及油田資料，冬季管線排量約為46-77m3/h，起點壓力p1=3.1-3.2MPa，起點溫度t1=65-75℃，環境溫度在t0=-2-4℃范圍內，管道直徑為d1in=219* 6mm。經計算可以得知，在設計的46-77m3/h正常輸量下，通過加熱加劑工藝措施，從進站溫度、最大壓力、最小壓力等參數來看，均可順利地進行原油的輸送。因此從原油流變性的角度分析，鐘市--荊門管線根據設計參數可正常投運。

4 停輸時間的計算

管線停輸時，流體溫度下降是一個非穩定的傳熱過程。按簡化的分析計算，研究了停輸后鐘市--荊門管線內原油的溫度隨時間的變化規律。以隆冬的二月份發生停輸的情況為例，計算發生停輸后的溫降如圖1所示。正常運行時的參數如下：排量：65.0m3/h，上游壓力：3.2MPa，原油相對密度：0.8394，上游溫度：80.0℃，環境地溫：2.9℃。

從原油溫度分布與停輸時間的關系圖可以看出，當管線停輸后，管線出口處的溫度在24h的搶修時限已降到接近原油凝點甚至低于原油凝點的溫度，因此管線停輸后，在靠近出口30km的管段極易發生凝管事故，在不設反輸流程的條件下，24h的搶修時限在管道運營中不可能實現。根據這種情況，建議在管線中間設加熱站，適當提高中間輸送溫度，防止出現凝管事故。

5 對管線低于設計輸量的評價

目前的實際情況是，鐘市站的現有輸送量均大大低于設計排量。在現階段，管線實際的排量為qo=45-77m3/h。從計算結果可以看出當排量低于64.8m3/h時，即使將原油加熱到80℃輸送，下游的油溫仍然低于20℃;當排量高于64.8m3/h，加熱輸送均能保證下游的油溫高于20℃。其輸送壓力在現有設備的能力范圍之內，故在嚴寒的二月份只要排量大于64.80m3/h，輸油運行正常是有保證的。由此可以推斷，在環境溫度高于二月份地溫的其他需加熱輸送的月份，其運行應該更有保證，且首站的原油加熱溫度都應較二月份有所降低。在本管線的加熱輸送時，其耗能是很高的，特別是在遠低于設計排量的小排量輸送時，更是如此。能耗過高主要是由于排量太低和管徑小引起的，特別是在小排量下，管中原油的溫度下降過快。

6 結論與建議

在正常設計輸量的情況下，無論是在夏季，還是在最嚴寒的二月份，管線均可以按不加熱的方式運行，除管線強度和泵的增壓能力外（管線強度和泵的增壓能力，應是原管線設計必須考慮的問題），不會發生因管線溫度過低（其下游站的油溫均高于20℃），而導致管線凝結的問題。將原油加熱到80℃輸送，下游的油溫仍然低于20℃;當排量高于64.8m3/h，加熱輸送均能保證下游曲子站的油溫高于20℃。其輸送壓力在現有設備的能力范圍之內，故在嚴寒的二月份只要排量大于64.80m3/h，輸油運行正常是有保證的。由此可以推斷，在環境溫度高于二月份地溫的其他需加熱輸送的月份，其運行應該更有保證，且首站的原油加熱溫度都應較二月份有所降低。當管線停輸后，管線出口處的溫度已降到接近原油凝點甚至低于原油凝點的溫度，極易發生凝管事故，在不設反輸流程的條件下，24h的搶修時限在管道運營中不可能實現。根據這種情況，建議在管線中間設加熱站，適當提高中間輸送溫度，防止出現凝管事故。

參考文獻：

[1]王保群，林燕紅，代運鋒.我國成品油管道現狀與展望[J].石油規劃設計，2010，21（5）：7-9.

[2]余洋.2007年中國油氣管道發展綜述[J].國際石油經濟.2008（3）：45-52.

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[4]高松竹，汪玉春，許萍.混合遺傳算法在輸油管道優化運行中的應用[J].油氣儲運，2004，23（7）：34-37.

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