新枣孔长输管线适应性分析

1 系统现状

老枣孔长输管线投产于1992年, 起点枣一联合站, 末点孔大站, 为φ325螺旋钢管, 全长25.88公里, 沿线地貌复杂, 多次穿越公路和沟渠, 共设18个公跨。管线腐蚀严重, 自去年三月份以来, 曾多次发生漏失。目前用作北水南调的输水管线。

新枣孔长输管线投产于2012年4月12日, 为φ273直缝钢管, 全长28.38公里, 大部分埋于地下, 公跨较少。

通过表1的对比可以发现, 管径的变化缩短了输送时间和温降, 但也导致了同排量时电流和管压的增长。因此如何把握新管线电流和管压的增长规律, 将能耗降到最低就成了本次适应性分析的重点。

2 问题分析

(1) 外输现状

枣外输泵房共有四台外输泵, 正常运行时启用一台大泵或两台小泵, 外输排量在160~190m/h之间。

外输排量相同时, 发电机做的有用功就是相同的。导致能耗相差如此之大的原因就是外输过程中水头损失的不同和电机功率因数的不同所致。水头损失包括局部水头损失和沿程水头损失两大部分, 长输管线采用直缝钢管, 且胀力弯少, 所以其水头损失主要以沿程水头损失hf为主[1]。

以外输排量180m/h为例, 则流速为0.855m/s, 外输温度必须小于70℃ (管线的临界温度范围) , 所以粘度值取150~500MPa/s, 雷诺数Re=惯性力/粘性力=ρvd/η, 其中v、ρ、η分别为流体的流速、密度与黏性系数, d为一特征长度。

所以长输管线中原油的流动过程是层流。

hf=λlv2/ (2gd) λ为沿程阻力系数:

对于层流, λ=64/Re=64/ (ρvd/η) 代入上式得:

, 可见hf与流速v和粘度η均成一次方正比的关系。

(2) 影响流速v和粘度η的因素

(1) 流速v的影响因素

通过图1可以看出, 相同的管线, 影响流速v的因素只有管线内径d, 管线内壁结蜡会使管线内径d缩小, 流速v增大, hf增大。

所以如何控制结蜡是降低hf的关键因素。

南部油区原油具有双高特性 (高凝高粘) , 包括含蜡量较高的石蜡基原油以及胶质、沥青质含量较高的重质原油 (稠油) , 既有高凝原油凝固点高的特点, 又有稠油粘度高的特点。

根据南部油区20口井的实验数据统计, 原油的平均析蜡温度为60℃, 临界温度为40℃。根据原油的结蜡特性, 温度大于60℃时, 原油中的蜡晶基本上溶解, 粘度值随温度的升高变化不大, 当原油温度在40~60℃时, 蜡晶开始析出, 粘度增加, 但仍呈现牛顿流。当温度小于40℃时, 原油流变性质发生变化, 呈现出具有时间效应的非牛顿流体特性, 即原油发生凝固[2]。

目前枣一联的外输出口温度为60℃, 孔店末点温度在49℃左右, 温降为0.4℃/km, 正是原油的析蜡温度范围。由此可见, 原油在外输过程中都在不停的析出蜡晶, 不断的附着在管线内壁上, 使管线内径d减小。

(2) 粘度η的影响因素。同一种原油造成粘度不同的原因只有温度不同。南部油区的稠油具有粘温特性, 当温度在析蜡温度 (60℃) 以上时, 原油粘度很低, 而且粘度随温度的变化不明显。当温度降到析蜡点温度以下时, 高凝原油的粘度随温度的降低急剧上升, 同时蜡晶体开始析出[3]。

3 下步措施和建议

(1) 提升外输温度降能耗

建议每年10月至次年4月点外输炉, 保证枣一联出口温度为70℃, 根据温降0.4℃/km, 可估计末点温度为60℃左右, 这样外输全程都在析蜡温度以上。

可以在新长输管线的外侧套上一层螺旋钢管, 向钢管跟管线的环形空间内注入比热容比较大的恒温清水, 模拟长输管线的温度场, 冬季生产时循环恒温清水, 保证外输温度。

(2) 保证外输排量降能耗

根据生产需要小幅度的缓慢增减排量, 防止电流和管压的忽高忽低, 减轻管线的载荷冲击, 降低局部水头损失。同时尽可能的将排量控制在178-180m/h, 此时单耗最经济。

4 预期效果对比

(1) 节约电费

排量180m/h为例, 电流370A和270A两种情况能耗对比如下:

电费以0.818元/k W·h计算, 则日节约电费

(2) 降低通球频率

管线结蜡严重时就需要进行通球, 每次通球都会破坏管线原来的温度场, 在新的温度场形成期间, 管线的结蜡会更加严重, 频繁通球会导致此恶性循环的产生。此外, 管线采用的是直缝钢管, 胀力弯少, 且大部分埋于地下, 通球引起的压力波动会加速管线的疲劳进程。

该举措可以将通球周期由以前的半月或一月一次延长到半年甚至一年一次, 有效避免通球带来的管线安全隐患和漏油事故的发生。延长长输管线的使用寿命。

5 结论

(1) 南部原油在枣孔长输管线中的流动属于层流, 而造成沿程水头损失hf增加的主要原因是流速v和粘度η。

(2) 提高输油温度10℃, 确保输油全程温度始终位于原油析蜡温度60℃以上, 降低结晶程度, 延长通球周期。

(3) 严格按照本文所研究的方法执行管线运行参数, 以输油排量180m/h为例, 每天可节约电费1099.4元。

摘要：原油的长距离输送需要依靠长输管线, 一般都配备较粗的管线直径和较大功率的电机。南部油区的原油具有凝固点高、粘度高、砂蜡含量高的特性, 长期运行会造成管压和电流的阶梯型上升。本文从新旧长输管线运行参数的对比入手, 从导致沿程水头损失的几个方面进行了分析和研究, 论证出了科学低耗的输送温度和通球周期, 对节能降耗工作和延长管线使用寿命意义重大。

关键词：枣孔长输管线,公跨,雷诺数Re,沿程阻力系数λ,沿程水头损失hf

参考文献

[1] 金建华, 王烽.流体力学[M].湖南:湖南大学出版社, 2004.

[2] 潘永梅.长输管线析蜡特点分析及应用[J].油气田地面工程, 2001, 20 (6) :28-30.

[3] 王中华, 何焕杰, 杨小华.油田化学品使用手册[M].北京:中国石化出版社, 2004.7.