賈浩民，陳 斌，王 浩，劉 佳，李 鵬，薛仁雨，李春亮，黃東江，路曉蕓

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006）

集輸管線積液分析及清管制度優(yōu)化研究

賈浩民，陳 斌，王 浩，劉 佳，李 鵬，薛仁雨，李春亮，黃東江，路曉蕓

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006）

集輸管線在通過地形起伏的地區(qū)時，氣體的壓力、溫度及流速將隨之變化，在管線的低洼處容易積液。積液將增大管線的輸送阻力，降低輸送效率，酸性介質(zhì)溶于水對管線產(chǎn)生腐蝕，同時在復(fù)雜地形條件下形成段塞流或特殊條件下形成水合物，將嚴(yán)重影響管線安全運(yùn)行。本文具體研究了集輸管線積液機(jī)理，利用fluent軟件對天然氣集輸管線中多相流的流型進(jìn)行模擬計(jì)算，利用COM組件技術(shù)開發(fā)出天然氣集輸系統(tǒng)核算軟件，可有效模擬分析集輸管線內(nèi)部積液，并對比分析了管線的積液量、壓差、輸氣效率對清管周期的影響，確定出以最小輸氣效率作為清管周期的參照標(biāo)準(zhǔn)。

集輸管線；積液；清管周期；天然氣集輸系統(tǒng)核算軟件

靖邊氣田集氣站天然氣采取干氣或濕氣兩種輸送方式。集氣管線實(shí)際清管過程中，部分支線清出物少，清管頻次高造成人力、物力消耗；部分支線內(nèi)部積液嚴(yán)重，清管頻次低降低了輸送效率，也增大了作業(yè)風(fēng)險。因此，有必要開展集輸管線積液研究，確定出合理的清管周期，有效保障集輸管線安全、高效運(yùn)行。

1 積液危害

含飽和或過飽和水的天然氣在管線輸送過程中，受管線地形及輸送工況變化的影響，管道內(nèi)部會出現(xiàn)游離水形成積液。因地形起伏游離水在管線內(nèi)所占?xì)庖罕壤膊煌e液在管線的低凹處聚積，減小了氣體的有效輸送截面積，降低了管線輸送效率；多相流混輸管線中積液增加了輸送阻力，使得單位長度管線壓降增加，動力消耗增大；受管線地形影響，高程變化大的管線末端會產(chǎn)生段塞流，將引起管線內(nèi)壓力和流量波動，產(chǎn)生的沖擊和振動對管線造成一定程度的破壞；在高壓、低溫工況下極易產(chǎn)生水合物，將堵塞設(shè)備及管線給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重困難；輸送介質(zhì)中含有硫化氫、二氧化碳等酸性氣體，溶于水將對管線造成腐蝕，降低了管道的使用壽命，影響管線安全運(yùn)行。

2 天然氣集輸管線積液核算軟件開發(fā)

積液的計(jì)算工藝主要包括流型、持液率和壓降三個方面，判斷流型是計(jì)算持液率和壓降的基礎(chǔ)，利用fluent軟件對天然氣集輸管線中多相流的流型進(jìn)行模擬計(jì)算表明:對于分層流、段塞流及其他流型來說，F(xiàn)LAT模型、Gomez-Scott模型和Mukherjee-Brill模型能夠較好計(jì)算和預(yù)測它們的持液率及壓降，可作為基礎(chǔ)模型對集輸管線積液情況進(jìn)行準(zhǔn)確描述。基于上述模擬計(jì)算結(jié)果，利用Visual Basic編程語言和Matlab數(shù)學(xué)軟件開發(fā)天然氣集輸管線積液核算軟件，利用Matlab數(shù)學(xué)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算和圖像處理，采用Visual Basic語言實(shí)現(xiàn)用戶界面開發(fā)，對計(jì)算結(jié)果和圖形進(jìn)行可視化處理；同時，采用COM組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)Visual Basic與Matlab之間的良好連接，實(shí)現(xiàn)與其他應(yīng)用程序之間的接口問題。

在天然氣集輸管線積液核算軟件界面中輸入天然氣組成、管徑、氣相流量、液相流量、氣相密度、液相密度、氣相黏度、液相黏度、液相表面張力、起點(diǎn)壓力和起點(diǎn)溫度等現(xiàn)場參數(shù)以及管線的海拔高度、航段長度、起伏高度、管段長度和管段傾角，可計(jì)算出管段流型、管段持液率、管段積液量與總管段積液量。

3 清管周期的選擇

影響清管周期的主要影響因素包括管線積液量、壓差、輸氣效率及氣體流速等，清管周期的參照標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三種:

3.1 最小輸氣效率

《天然氣管道運(yùn)行規(guī)范》SY/T 5922-2012指出，運(yùn)行管道的清管周期應(yīng)根據(jù)管道輸送的氣質(zhì)組成、管道的輸送效率和輸送壓差來確定，當(dāng)管道輸送效率小于95%時，宜進(jìn)行清管。

式中:Pb－管線起點(diǎn)壓力，MPa；Pe－管線終點(diǎn)壓力，MPa；Q－管線輸氣量，m3/d；d－管線內(nèi)徑，cm；L－管線長度，km；T－管輸天然氣的平均溫度，K；Z－管輸天然氣的平均壓縮因子；Δ－天然氣相對密度；E－輸氣效率。

3.2 最大允許壓差

當(dāng)管道存在積液時，管道摩阻系數(shù)變大，上、下游壓差增大，在實(shí)際生產(chǎn)中一些單位將0.7 MPa作為最大允許壓差，并以此為依據(jù)判斷是否需要進(jìn)行清管操作。

3.3 最大允許積液量

有些單位以管線末端捕集器的處理量為最大允許積液量進(jìn)行清管判斷。例如，若某管線末端捕集器的容量為60 m3，根據(jù)捕集器的處理量，即可將最大允許積液量為60 m3作為清管的一個參照標(biāo)準(zhǔn)。

4 清管周期的確定

鑒于存在最小輸氣效率、最大允許壓差和最大允許積液量這三種不同的參照標(biāo)準(zhǔn)，為確定符合靖邊氣田實(shí)際工況的清管周期，現(xiàn)以A-B支線為例根據(jù)現(xiàn)有條件下的清管數(shù)據(jù)，對比分析不同參照標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性。A-B支線全長約8 km，海拔高度1 152 m～1 185 m，目前執(zhí)行的清管制度為每月清一次，2015年6月至2015年10月期間的清管狀況（見表1）。

表1 A-B支線清管情況統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)天然氣組成分析數(shù)據(jù)和現(xiàn)場操作參數(shù)，利用天然氣集輸管線積液量核算軟件對A-B支線的管段流型、持液率、積液量、管段壓力、管段流速、管段流量和清管時間以及清管效率等進(jìn)行計(jì)算表明:A-B支線在每月清管一次的情況下，2015年6月至2015年10月期間的輸氣效率均低于最小輸氣效率95%，達(dá)到了需要清管的條件，但其壓差小于最大允許壓差0.7 MPa，積液量亦小于最大允許積液量2 m3，兩者均未達(dá)到需要清管的條件。具體計(jì)算結(jié)果（見表2）。

通過計(jì)算，以最小輸氣效率、最大允許壓差、允許積液量作為參照標(biāo)準(zhǔn)時的敏感性分別為12.544 9%、3.568 1%和8.392 7%，這表明在實(shí)際生產(chǎn)中輸氣效率的敏感性遠(yuǎn)高于壓差和積液量，因此將最小輸氣效率作為清管周期的參照標(biāo)準(zhǔn)能夠更好地反映管道積液的實(shí)際情況與清管需求。具體計(jì)算結(jié)果（見表3）。

表2 A-B支線在不同清管參照標(biāo)準(zhǔn)下的適應(yīng)性分析

表3 A-B支線在不同清管參照標(biāo)準(zhǔn)下的敏感性分析

5 結(jié)論及認(rèn)識

為了進(jìn)一步降低管道輸送氣體的單位能耗、減少由于積液所導(dǎo)致的金屬腐蝕，建議加強(qiáng)對于管道對實(shí)際輸氣效率的監(jiān)控，并將最小輸氣效率作為清管周期的參照標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國外大型石油公司及油田服務(wù)公司的廣泛調(diào)研結(jié)果，結(jié)合靖邊氣田集輸管線實(shí)際運(yùn)行參數(shù)及現(xiàn)場清管效果情況，確定以各管線清管后的輸氣效率為判斷基準(zhǔn)，清管后若其實(shí)際輸氣效率較基準(zhǔn)下降8%時，即為下一次清管時間。

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TE866.1

A

1673-5285（2017）04-0041-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.04.011

2017－03-22

賈浩民（1975－），高級工程師，畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，現(xiàn)從事天然氣生產(chǎn)及管理工作，郵箱:jhm_cq@petrochina.com.cn。