西部原油管道停输再启动现场工业试验研究.pdf

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1、第 3 6卷第 2 期 石油工程建设 5 耋 善 差 尊部凉游管道停输每詹动现场工业试验研襄 i i 誊 蓦 萎 羹 萎 邱姝娟 ，张 强 ，庞贵 0 - ，宋进舟2 ( 1 中国石油西部管道分公司，新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 2 ；2 中国石油北京油气调控中心 ，北京1 0 0 0 0 7 ) 摘要 ：在 对 西部 原 油管道输 送 的混合原 油进行 流 变性研 究和对 停输 再启 动过程 进行 计 算机数 值模 拟的基础上开展 了西部原油管道现场停输再启动的现场工业试验。原油管道在分别停输 2 4 、3 6 、 4 8 h后 ，均 可安全 再启动 。启 动过程 中各站 均未 出现进 、

2、 出站压 力和 流量 畀 常情况 ，实测数据 与计 算 结果基本 一致 原油凝 点 变化 不 明显 ，满足原 油管道 运行规 范要 求。 关键 词 ：输 油管道 ：停输 ；再 启动 ；工 业试验 ；模 拟计 算 中图分 类号 ：T E 8 3 2 文献标 识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 1 2 2 0 6 ( 2 0 1 0 )0 2 0 0 0 5 0 3 O 引 言 西部 原油 成 品油管道 是继 西气 东输 之后 国 内又 一项重大工程 两条管道同沟敷设 ，合并建站 ，西 起 新疆 乌 鲁木 齐 东 至甘 肃 兰州 ，总 长 3 7 1 6 k m。 按照 原油管 道初 步设 计 采

3、 用 加热输 送T 艺 ，管道 的最低 启 输 量 为 1 2 0 0万 t a ：采 用加 剂 综 合 热 处 理输 送工 艺 管道 的 最低 启 输量 为 9 0 0万 t a 西 部原 油 管 道 于 2 0 0 7年 8月 投 产 成 功 2 0 0 7 -2 0 0 8 年首 次冬 季运行 时 ，原 油 管道 干线采用 吐哈 、哈 国 油加剂综合热处理全线各站加热炉满负荷运行输 送工艺 实现了冬季累计输油 3 8 3万 t 合计年输 量 9 2 0刀 t a 2 0 0 8年 年底 受 国 际金 融 危 机 的影 响 国 内 成品油市场持续低迷油田面临关井 炼厂缩减加 工 量 原 油

4、产 销形 势严 峻 鄯兰原 油管 道冬 季面 临 着 低输量 运行 考验 为进 一步 增强 管道 运行 的适 应 性 和灵 活 性 于 2 0 0 8 - 2 0 0 9年冬 季 进 行 了 鄯 兰原 油 管 道 2 4 、3 6 、4 8 h停 输 再启 动 工业 性 试 验 研 究鄯兰原油管道停输再启动规律 为确定低输量下 间歇输 送方 案 提供依 据 1数值模 拟 方法 综合考虑管壁原油 、结蜡层 、管壁、防腐层 、 土壤及 大气 之 间的相 互影 响 建立埋 地热 油管 道停 输和再启动过程的传热数学模型 1 1 停 输温 降过程 ( 1 )油 流极坐 标 方程 ： p oC 。 =

5、( A 0r ) + 1 音( A 。 ) ( 1 ) 式 中p 油 流密 度 ； C 油流 热容 ： 一油 流温度 ； 时间 ： A ( 广油流导 热系 数 。 当停输 温 降过程 中有 自然 对流 区域存 在 时 液 相 的导 热 系数取 当量 导热 系数 。 ( 2 )结蜡层 、管 壁和防腐层的传热极坐标方 程 ： 觚 = ( ) + 10 7 - O r O r 斋( ) ( 2 ) r r _ 式 中p 第 层( 结 蜡 层 、管 壁 、防腐 层 等 ) 的密度 ： 第 层( 结 蜡 层 、管壁 、 防腐 层 等 ) 的热 容 ： 第 层( 结蜡层 、管壁 、防腐层等 ) 的温 度

6、： A 第 层( 结蜡层 、管壁 、防腐层等 ) 的导 热 系数 ：1 ， 2 ， 3 ， 分别表示结蜡层 、管壁和防腐层。 ( 3 )土壤导 热直 角坐标 方 程 ： p sc = 去( A ) + ( A 。 ) ( 3 ) 式 中p 土壤密度 ； C _土 壤热 容 ： 牛 ( 6 石油工程建设 2 0 1 0年 4月 一土壤温 度 ： A 土壤 导热 系数 。 1 2再 启动过 程 埋 地热 油管道 停输 后 的再 启 动过程 是一个 水力 和热力 相互影 响 的不稳 定过程 此 过程 中原油 的控 制方程 、结蜡层、管壁和防腐层的导热方程和土壤 导热方 程一样 但 有一 种情况 下

7、的原油 的动量 方程 不 一样 ：当停 输 时间较 长 部 分或 全部原 油表 现 出 触 变性 时 ，对 触变 性流 体采用 如下 直角 坐标方程 来 描 述 ： + + + gs i n + =0P pl J ( 4 ) ( T d z d z 式 中 油 流平 均速度 ( m s ) ： p 原油 密度 ( k g m ) ； P _油 流截面 平均压 力 P a ： r重力 加速 度 ( m s ) ； 管 流轴 向与水 平方 向 的夹 角 ： D 结蜡 层 的 内直 径 m： 丁 管 壁 面 剪 切 应 力 P a ，用 触 变 模 型 来 计算 。 本研 究 采 用 H o u s

8、 k a触 变模 型 触 变模 型 的 基 本思 想是 引入结 构参 数反 映物 料在某 一状 态下 的结 构强 弱 该 模 型认为 在剪 切过 程 中同时存 在结构 的 建立 和破坏 结 构 的破坏 表现 为屈服应 力 和稠度 的 等速率裂解。H o u s k a 触变模型为 ： 1 = y o +A 1 + ( K+A A K) ( 5 ) =口 ( 1 一A )一6 A y ( 6 ) U 式 中 r 。 剪切应 力 P a ； 7 I 。 结 构充 分裂 解时 的屈 服应 力 P a ： 结构 完全建 立起来 时 的屈服应 力 P a ： A 结 构参数 ： K 稠度 系数 P a

9、S ： K 触 变性 稠度系 数 P a S ： 剪 切率 s ； f 剪 切时 间 ： 0 ，b ，m，n 油流特 性常数 。 1 3 数 学模 型 的求解 将以上数学模 型的控制方程和求解 区域 离散化 采用 G a u s s S e i d e l 数值方法求解计算 采用 V i s u a l F o r t r a n语 言编写 高效计算 程序 ，再 将正 常输送 、停 输和再启 动程序 整合后 编制 计算程 序运算 可得到 频繁停输过程 ( 包含正常输送阶段和停输温降阶段) 轴向的原油温度分布、摩阻、土壤温度场的分布等。 2试 验过 程 2 0 0 8年 1 2月 2 3 日至

10、2 0 0 9年 1月 1 7 日鄯 兰 原 油管 道 接 连进 行 了停 输 2 4 、3 6 、4 8 h试 验 ，具 体情 况见 表 1 表 l 停输前后管道运行情况 停 输 前 启输 后 停输 时长 停输时间 流量， 点炉站场 启输时间 流量， 点炉站场 ( m3 h ) ( m T h ) 2 4 h 2 0 0 8年 l 2月 2 8日 1 0 ： 0 0 1 1 o o 鄯善、河西、瓜州、玉门、山丹 2 0 0 8年 1 2月 2 9日 1 0 ： 0 0 l 5 0 0 鄯善、河西、玉门、山丹 3 6 h 2 0 0 9年 1月 6日 1 0 ： 0 0 1 0 5 0 鄯善

11、、玉 门、山丹 2 0 0 9年 1 月 7日2 2： 0 0 1 0 8 0 鄯善、玉 门、山丹 4 8 h 2 0 0 9年 1月 1 5日 1 0 ： 0 0 1 0 o O 鄯善 、玉 门、山丹 2 0 0 9年 1 月 1 7日 1 0： O 0 1 5 0 0 鄯善、玉 门 3现场试 验 结果分 析 三次现场停输试验主要跟踪监测 了混合原油 ( 塔 里 木 、哈 国 、北 疆 ) 、哈 国 油 、塔 里 木 油 以及 塔 里 木 与 北疆 混 合原 油 的物 性 变 化 情 况 ，初 步 总 结 了管 道沿 线油 温变 化规 律 3 1 管道启 停输 前后 沿线 的油 温 变化 情

12、 况 根据埋地热油管道停输再启动数学模型 预测 了管道 2 4 、3 6 、4 8 h停输前 、后油温值 ，并与实 测油温进行 了对 比结果表明实测值与预测值吻 合 良好 三次停输温降预测值与实测值的平均偏差 均在 0 4 以 内 具体 结果 见表 25 。 表 2 停输 2 4 h后各站进站处油温及停输温降对比， 停输前油温 停输后油温 停输温 降幅度 站 点 实测 预测 实测 预测 偏差 实测 预测 偏差 四堡进 站 2 1 1 2 1 O 1 9 6 1 9 1 - 0 5 1 5 1 9 O 4 翠岭进站 1 6 -3 1 6 4 1 5 -3 1 4 6 - 0 7 1 0 1 8

13、O 8 河西进 站 l 5 -2 1 5 - 3 l 3 7 1 3 5 - 0 -2 1 5 1 J 8 O _ 3 瓜 州进 站 l 6 9 1 6 6 1 4 9 1 4 8 一 O 1 2 O 1 6 - 0 4 玉门进 站 l 9 1 1 8 4 1 6 5 1 6 - 4 一 O 1 2 6 2 O - 0 6 张掖进站 1 1 2 1 1 2 1 0 3 1 0 4 O 1 0 9 O - 8 一 O 1 山丹 进 站 9 8 9 7 9 5 9 2 - 0 3 0 3 0 5 0 2 西靖进站 1 0 0 9 7 9 3 9 1 - 0 2 O 7 0 6 一 O 1 新堡进站

14、 8 6 8 6 7 9 8 O 0 1 O 7 O 6 一 O 1 兰州 进 站 l 0 6 1 O 6 1 O -2 1 0 _ 3 0 1 0 4 0 3 0 1 第 3 6卷第 2期 邱妹娟等 ：西部原油管道停输再启动现场工业试 验研究 7 表 3 停输 3 6 h后各站进站处油温及停输 温降对 比， 表 6 启停输前后进站油温与油品物性对比 停输前油温 停输后油温 停输温降 幅度 站点 实测 预测 实测 预测 偏差 实测 预测 偏差 四堡进站 2 1 3 2 l - 2 1 9 3 1 9 2 0 1 2 0 2 O O O 翠岭进站 1 5 4 1 5 4 1 4 0 1 4 0

15、O 0 1 4 1 4 0 0 河 西进 站 1 3 9 l 3 8 1 2 0 1 2 O 0 0 1 9 1 8 0 1 瓜 州进站 1 8 O 1 7 6 1 5 3 1 4 7 - 0 6 2 7 2 9 O 2 玉门进站 1 4 7 1 4 5 1 3 5 1 1 9 1 6 1 2 2 6 1 4 张掖进站 1 1 0 l 1 1 9 6 9 8 0 2 1 4 1 - 3 0 1 山丹 进 站 1 4 - 3 1 4 4 1 1 馏 1 0 8 1 O 2 5 3 6 1 1 西靖 进 站 9 7 9 6 8 9 8 6 - 0 ， 3 O 8 】 D O 2 新 堡 进 站 8

16、 _ 3 8 3 7 4 7 4 0 0 9 0 9 O 0 兰 州 进 站 9 9 9 8 9 6 9 3 - 0 _3 O 3 0 5 0 2 表 4 停输 4 8 h后各站进站处油温及停输温降对 比， 停输前油温 停输后油温 停输温降幅度 站点 实测 预测 实测 预测 偏差 实测 预测 偏差 四堡进站 2 1 7 2 l 3 l 8 6 l 8 8 0 2 3 1 2 5 - 0 6 翠 岭进 站 l 5 1 5 1 2 9 1 3 4 0 5 2 1 1 6 - 0 5 河西进站 l 3 3 l 3 1 0 6 l 1 6 l 2 7 2 2 - 0 5 瓜 州进 站 1 3 7 1

17、3 7 l 2 1 1 6 - 0 4 1 7 2 1 0 4 玉 门进站 1 2 7 l 2 6 1 1 4 1 1 2 一 O 2 l - 3 1 4 0 1 张掖进站 1 1 3 1 1 5 8 9 9 9 1 2 4 1 6 - 0 8 山丹 进 站 1 0 3 1 0 3 9 3 9 5 O - 2 1 O - 0 2 西 靖 进 站 1 0 5 1 0 3 8 9 8 9 0 1 6 1 4 一 O - 2 新 堡进 站 8 3 8 6 6 8 7 4 0 6 1 5 1 2 - 0 - 3 兰 州 进 站 1 0 1 0 9 6 9 6 O 0 4 O 4 O 表 5三次停输试验

18、各站进站温降预测值统计 结果 停输 最大 最小 平均 时长 停输时间 偏差 偏差 偏差 2 4 h 2 0 08 1 22 8 1 0 ： 0 0至 2 ( )o 8 1 2 2 9 1 0 ： 0 0 O8 O 1 O 3 1 3 6 h 2 0 0 9 01 0 6 1 0：0 0至 2 0 0 9 01 0 7 2 2：0 0 1 4 O 0- 3 3 4 8 h 2 0 0 9 O 1 1 5 1 0 ： 0 0至 2 0 0 9 O 1 1 7 1 0 ： 0 0 O 8 0 0-3 6 3 2停输 前后各 监 测点 管输原 油凝 点 比较 根 据 2 4 h 、3 6 h和 4 8

19、 h停 输 前 后 各 监测 点 原 油凝点测试结果 ( 见表 6 ) ，得出：通过三次停输前 后各监测点油品平均凝点和油温对 比进站油温高 于油品凝点 6 c ( = 以上 ，满足油温高于凝点以上 3 5 的原油 管道运 行规 范要 求 4结论 在 2 0 0 8年 1 2月 2 8日至 2 0 0 9年 1 月 1 7日试 验期间 ，鄯兰原油管道累计输油 3 6 2 3万 t 折合 停输前 停输后 停输 站点 地温 时间 油温值 平均凝点 油温最低值 平 均凝点 四堡进 站 2 l 1 O 8 1 9 7 2 - 9 - 3 1 2 7 7 瓜州进站 1 6 9 4 8 1 5 1 8 8

20、 9 7 2 4 h 山丹进 站 9 8 - 0 2 9 5 3 0 3 6 6 9 新 堡进站 8 5 8 - 2 2 9 5 5 一 I 6 O 5 玉门进 站 1 4 7 3 8 l 3 5 - 0 4 7 6 4 3 6 h 张掖进站 1 1 0 3 9 6 0 5 7 4 3 山丹 进 站 1 4 3 一 O 3 l 1 8 0 2 5 8 3 翠岭进站 】 5 | 3 7 - 1 2 4 】 2 8 1 5 6 5 7 玉 门进 站 l 2 9 5 1 3 l 1 5 l 8 1 6 7 5 4 8 h 山 丹 进 站 1 0 9 1 O _ 3 9 O 6 0 1 5 2 5 西

21、靖进站 l O 9 1 2 1 8 -8 8 2 6 7 5 6 2 兰 卅l 1 0 0 4 - 0 7 8 9 3 - 0 2 6 8 4 8 注 ：平 均 凝 点 为 多 组 测 量 凝 点 统 计 平 均 值 。 月 输 油 约 5 2万 t 为 鄯 兰 原 油 低 输 量 间 歇 输 送 工 艺方案提供重要依据 通过三次停输试验可以得出 以下 结论 ： ( 1 ) 鄯 兰 原 油 管 道 在 停 输 2 4 、3 6 、4 8 h后 ， 均可安全再启动，启动过程 中各站均未 出现进 、出 站压力 、流量异 常状 况 ( 2 )三 次停 输试 验鄯 兰管 道均 能顺利 、平 稳启 动

22、，启输后 23 h ，各站 间输量即恢复到稳定值。 ( 3 )停 输温 降数值 计 算结果 与 现场 实测结 果吻 合 良好 ，三次停输试验进站油温温降幅度平均偏差 均在 0 4 以内：启输过程进站油温变化的数值模 拟结果与现场实测结果总体上吻合良好 各站进站 油温偏 差均在 1 以内 模拟计算结果可作为编 制运 行方 案 的依据 ( 4 )三次 停输 现场 试验 中大 部分 管输 油品凝点 上升不明显 ，均在 1 左右 且停输前后各站进站 油温均远高于油品平均凝点 最小差值为 6 q C 符 合原油管道运行规程中相关规定 管道顺利启动 参 考文 献 ： 1 安 家荣 ， 史秀敏 ， 张 国忠 热油管 道停输与再 启动过 程模 拟计算 软件 J J 油气储运 ， 1 9 9 8 ， 1 7 ( 3 ) ： 1 2 1 4 2 严大凡 输油管道设计与管理【 M1 北京 ： 石油工业出版社 ， 1 9 8 6 作者 简介 ：邱 姝娟( 1 9 7 6 一) ，女 ，河北承德 人 ，工程 师 ， 2 0 0 0年毕业 于西南石油学院 油气储 运专业 现从 事输 油生 产 管理 工作 。 收稿 日期 ：2 0 0 9 0 8 2 8 ；修 回日期 ：2 0 1 0 一 O l 一 1 1