岳夢(mèng)(中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司華東管道設(shè)計(jì)研究院，江蘇徐州221000)

原油管道低輸量輸送工藝分析與降凝劑處理研究

岳夢(mèng)(中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司華東管道設(shè)計(jì)研究院，江蘇徐州221000)

低輸量原油管道輸送作業(yè)中，由于輸送距離較長(zhǎng)，熱力條件的變化對(duì)輸油管道安全運(yùn)行與生產(chǎn)管理造成較大的影響，采用降凝劑處理來降低原油凝點(diǎn)與粘度，進(jìn)而降低原油流動(dòng)性變化帶來的影響，并通過實(shí)踐分析探究該工藝的經(jīng)濟(jì)可行性。

低輸量;原油管道輸送;降凝劑處理

國(guó)內(nèi)原油大多為含蠟原油，在長(zhǎng)距離管道輸送中會(huì)隨溫度的降低逐漸呈現(xiàn)牛頓流體形式、假塑性流體形式、屈服加速性流體形式，對(duì)原油產(chǎn)生一定影響。加入降凝劑改變?cè)土髯冃裕跍囟戎饾u降低下，降低原油凝點(diǎn)與粘度，對(duì)低輸量管道輸送工藝具有實(shí)際價(jià)值。

1 低輸量原油管道輸送不穩(wěn)定因素分析

1.1 熱力特性

輸油量減小會(huì)導(dǎo)致摩擦系數(shù)增加。降溫規(guī)律根據(jù)蘇霍夫公式[1]描述：

其中k為傳熱系數(shù)，D為管道外徑，L為熱站出口距離，Q為原油質(zhì)量流量。在加熱站出口周圍，由于溫度較高，粘度較低，油流大多處于紊流光滑區(qū)。油溫降低與粘度增大，會(huì)導(dǎo)致雷諾數(shù)減小，當(dāng)溫度降低或粘度增加時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鳌?/p>

1.2 水力特性

摩阻系數(shù)受到流體的流態(tài)變化影響巨大，根據(jù)列賓宗公式[2]管道沿程摩阻損失h表達(dá)式為：

其中v為原油黏度，L為管長(zhǎng)，d為管道內(nèi)徑，Q為流量，m為系數(shù)。常溫輸送的情況下，原油的溫度與黏度基本不變，摩阻隨輸量的減小發(fā)生單調(diào)遞減。而黏度主要與溫度、流體的類型相關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，牛頓流體的黏度隨溫度的變化相對(duì)緩慢，而非牛頓流體則受溫度的影響非常大。原油在溫度較高的情況下表現(xiàn)為牛頓流體，而在溫度較低時(shí)（低于原油反常點(diǎn)）則轉(zhuǎn)變?yōu)榉桥ｎD流體，其表觀黏度會(huì)隨著輸量的減少而急劇增加。

2 低輸量原油管道輸送改進(jìn)工藝研究

2.1 降凝劑作用原理

原油加溫到一定程度，蠟晶幾乎全部溶解到油中，加入降凝劑能夠在降溫過程中起到晶核作用，并在原油析蠟之前析出，成為蠟晶的發(fā)育中心，防止蠟晶形成較大的蠟團(tuán)。同時(shí)還能夠進(jìn)行蠟晶活性中心的吸附，進(jìn)而改變其取向性，抑制蠟晶形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，防止出現(xiàn)粘附現(xiàn)象。此外還有一部分的降凝劑能夠起到共晶作用，破壞其取向性，阻礙蠟晶的持續(xù)發(fā)育。因此降凝劑的主要作用機(jī)理就是改變蠟晶的發(fā)育歷程，分散晶體，并阻礙立體結(jié)構(gòu)的形成，降低原油凝點(diǎn)與粘度，進(jìn)而改善原油流動(dòng)性，提高輸送效率。

2.2 原油流變性分析

原油流變性隨溫度降低而逐漸出現(xiàn)牛頓流體、假塑性流體等特征，關(guān)鍵特征點(diǎn)為析出點(diǎn)43℃、反常點(diǎn)39℃。不同溫度流變性表征為：

（1）原油溫度T為38℃-48℃時(shí)為牛頓流體，粘溫關(guān)系為（μ為原油粘度）：

（2）原油溫度T為35℃以下時(shí)，呈現(xiàn)屈服假塑性流體，屈服值與原油溫度的關(guān)系式為（τ為原油屈服值）：

2.3 常見低輸量輸送工藝

加藥改性：加藥改性主要是通過添加流動(dòng)改性劑來控制原油黏度等流變性，根據(jù)材料的化學(xué)成分不同，其改性原理有所區(qū)別。流動(dòng)改性劑主要成分為環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷以及清水性比較強(qiáng)的表面活性劑，在常溫或低溫原油中能夠吸附在管壁形成親水膜，降低管壁的摩阻，抑制石蠟與凝油在管壁的沉積，顯著降低原油表觀黏度。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

某油庫(kù)原油對(duì)熱處理較為敏感，在低輸量管道溫度范圍內(nèi)熱處理影響表現(xiàn)顯著?，F(xiàn)對(duì)該油庫(kù)原油進(jìn)行改性，增加200ppmGY降凝劑，通過熱處理與降凝劑作用，改善原油流變性。

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，70℃的熱處理能夠降低凝點(diǎn)至25℃；60℃的熱處理能夠降低凝點(diǎn)至27℃；40℃為循環(huán)加熱惡化溫度。通過添加40g/t降凝劑，并經(jīng)過60℃處理后，反常點(diǎn)由39℃降到31℃，凝點(diǎn)也有效地降低到24℃左右，改性效果比較理想，提高低輸量輸送效率。

本文對(duì)幾種含蠟原油采用降凝劑處理，表1所示為降凝劑處理前后改性效果。

表1 降凝劑處理改性前后比較

結(jié)果表明添加降凝劑與加熱處理，該降凝劑由高壓多元聚合生產(chǎn)工藝制成，加入原油中后發(fā)生共晶吸附作用，阻礙了石蠟的結(jié)晶，進(jìn)而有效降低了原有的凝固點(diǎn)與粘度，改善低溫下的流動(dòng)性能。實(shí)驗(yàn)表明，通過添加降凝劑顯著降低了輸送能耗30%左右，原油所呈現(xiàn)的牛頓流體特征溫度可以降低5～10℃，凝點(diǎn)則降低了10～20℃，表觀粘度降低率在90%以上，改性效果良好。

4 結(jié)語

（1)通過降凝劑處理，改變?cè)土髯冃?，能夠確保冬季準(zhǔn)常溫輸送，確保原油低輸量管道輸送效率。

（2)分析發(fā)現(xiàn)原油熱力特性與水力特性等不穩(wěn)定因素對(duì)凝管安全性具有一定影響，通過減少各因素的影響，可以提高管道輸送效率與輸送質(zhì)量。

[1] 曹喜文.原油外輸管道低輸量運(yùn)行技術(shù)研究[D].大慶石油學(xué)院,2010.

[2] 張振興.含蠟原油管道低輸量運(yùn)行特性分析及安全保障技術(shù)研究[D].東北石油大學(xué),2016.