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        混輸海管清管作業(yè)模擬分析研究

        2020-06-08 04:34:42謝小波
        天津科技 2020年5期
        關(guān)鍵詞:清管海管球體

        謝小波

        (中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津300452)

        0 引言

        天外天C至CEP平臺海底混輸管道位于中國上海東南方向450 km 的東海大陸架上,由海底管道和連接海洋平臺垂直立管組成。通過對海底管道清管作業(yè)中有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行模擬計算,利用計算結(jié)論為該海底管道清管作業(yè)提供參考。

        1 海管與清管球設(shè)計數(shù)據(jù)

        該海底混輸管道是將天外天C平臺上的天然氣及原油輸送至天外天CEP平臺,在CEP平臺進(jìn)行油氣處理后,再通過登陸管道輸送至終端,主要設(shè)計數(shù)據(jù)見表1。

        表1海底混輸管道參數(shù)設(shè)計表Tab.1 Parameter design of offshore mixed transportation pipeline

        為了確保清出海管內(nèi)的積液雜質(zhì),選用聚氨酯泡沫球,其密度80~120 kg/m3,球體過盈量設(shè)為3%[1]。球體通過能力很強(qiáng),很容易越過塊狀物體及管道變形部位,既可以避免在海管中發(fā)生卡堵,又可以有效地將管道內(nèi)的積液等清出。

        該混輸管道內(nèi)徑384.2 mm,過盈量取3%,則清管球直徑為395.7 mm。

        2 海管積液量計算

        2.1 海管工況

        海管運(yùn)行工況如表2所示。

        表2海管參數(shù)設(shè)定表Tab.2 Parameter setting of offshore pipeline

        2.2 計算結(jié)果

        2.2.1 海管進(jìn)口壓力

        由圖1可知,模擬計算所得海管進(jìn)口壓力為4.23 MPa,略小于實際海管進(jìn)口壓力4.3 MPa,但仍接近實際海管進(jìn)口壓力,模擬較符合實際情況。

        圖1壓力迭代時間曲線圖Fig.1 Pressure iteration time curve

        2.2.2 海管出口溫度

        由圖2可知,模擬計算所得海管出口溫度為15.1 ℃,略高于于實際運(yùn)行溫度14.1 ℃,但仍接近實際海管出口溫度。模擬較符合實際情況。

        圖2溫度迭代曲線圖Fig.2 Temperature iteration curve

        2.2.3 管道積液量

        由圖3可知,管線穩(wěn)定運(yùn)行時,管線內(nèi)的積液量為82.8 m3。

        圖3積液量溫度迭代曲線圖Fig.3 Iterative curve of liquid volume and temperature

        2.2.4 管道出口油流量

        由圖4可知,管線穩(wěn)定運(yùn)行時,管線出口的油流量為183.5 m3/d。

        圖4 油流量迭代曲線圖Fig.4 Oil flow iteration curve

        2.3 小結(jié)

        ①計算得到管道進(jìn)口壓力是4.23 MPa,比實際管道進(jìn)口壓力4.3 MPa 小,但仍接近實際海管進(jìn)口壓力。模擬計算所得海管出口溫度為15.1℃,略高于實際運(yùn)行溫度14.1℃,但仍接近實際海管出口溫度。模擬較符合實際情況。

        ② 海管穩(wěn)定運(yùn)行時,管線內(nèi)的積液量為82.8 m3。

        ③ 海管穩(wěn)定運(yùn)行時,管線出口的油流量為183.5 m3/d。

        3 海管水合物計算

        3.1 氣體組分

        海管中的氣體組分(體積分?jǐn)?shù))如表3所示。

        3.2 水合物生成范圍

        海管中水合物生成分析如圖5所示。從運(yùn)行工況獲知,管道壓力區(qū)間3.5~4 MPa,溫度區(qū)間11~27 ℃。壓力溫度區(qū)間在圖5中繪出,得到黑色方框區(qū),位于水合物生成范圍,可以得出該海管在極端條件下運(yùn)行時可能有水合物生成,建議清管時注入一定量的甲醇或乙二醇。

        表3 氣體組分模擬含量表Tab.3 Simulated content of gas components

        圖5 水合物生成分析圖Fig.5 Hydrate formation analysis

        3.3 甲醇注入量

        甲醇注入量由在水中所需的抑制劑量、氣體損失和輕烴溶解損失確定。

        3.3.1 水中所需量

        要使天然氣水合物形成溫度降達(dá)到7 ℃,所需甲醇在水溶液中的最低濃度:

        式中:CMeOH為甲醇在水溶液中濃度,mol%;△t 為海管進(jìn)出口溫度差,℃;M 為甲醇的質(zhì)量,kg;K 為甲醇在輕烴中的溶解質(zhì)量百分比。

        則所需的甲醇質(zhì)量:MMeOH=96.02 kg

        即:體積量VMeOH=0.12 m3

        3.3.2 氣體損失量

        式中:a 為甲醇的氣液平衡系數(shù),一般為1 ×10-5~4 ×10-5kg/m3;Mg為氣相中抑制劑的質(zhì)量,kg;Vgas為天然氣體積,N m3;

        則所需的甲醇質(zhì)量:MMeOH=707.46 kg

        即:體積量VMeOH=0.88 m3。

        3.3.3 輕烴損失

        式中:K 為甲醇在輕烴中的溶解質(zhì)量百分比,取0.5%;Ml 為溶解在輕烴中的甲醇質(zhì)量,kg;Vl 為凝析烴體積,m3。

        則所需的甲醇質(zhì)量:MMeOH=714 kg

        即:體積量VMeOH=0.897 m3

        以上3項甲醇用量和為1.90 m3/d。

        3.4 乙二醇注入量

        乙二醇?xì)庀鄵p失和在液烴內(nèi)的溶解度較小,可以忽略,因此僅需計算在水中的溶解量。要使天然氣水合物形成溫度降到7 ℃,所需乙二醇在水溶液中的最低濃度:

        式中:CMeOH為甲醇在水溶液中濃度,mol%;△t 為海管進(jìn)出口溫度差,℃;M 為甲醇的質(zhì)量,kg;K 為甲醇在輕烴中的溶解質(zhì)量百分比。

        取乙二醇的最低濃度50%,則所需的乙二醇質(zhì)量:MMEG=556 kg,即體積量VMEG=0.50 m3。因此為了防止水合物的形成,每日需要注入的乙二醇用量為0.50 m3。

        為了防止水合物的形成,若采用甲醇,每日注入量為1.9 m3;若采用乙二醇,則每日注入量為0.5 m3。

        4 清管過程模擬計算結(jié)果

        4.1 海管進(jìn)口壓力

        由圖6可知,在清管球行進(jìn)過程中,海管進(jìn)口的壓力平穩(wěn);當(dāng)積液到達(dá)立管后,立管內(nèi)流體壓力逐漸增大,球體速度將減小為0 m/s,氣體在球體后使壓力急劇增大,導(dǎo)致海管進(jìn)口壓力增大;當(dāng)球體前后壓差達(dá)到一定范圍,球體運(yùn)行變快,積液開始流出管道,立管內(nèi)流體壓力逐步降低,球體前后壓差逐漸變大,球體運(yùn)行加快,積液排量達(dá)到最大值,海管進(jìn)口壓力開始降低;當(dāng)通球完成后,因為排出了管道內(nèi)積液,使得流體輸送的摩阻減小,提高了輸送效率,海管兩端壓差比清管前低,即海管進(jìn)口壓力低于清管前進(jìn)口壓力;清管后隨著海管恢復(fù)到清管前狀態(tài),海管進(jìn)口壓力又將逐漸增加到清管前壓力。

        4.2 清管球運(yùn)行情況

        由圖7可知,整個清管過程所用時間2.11 h;清管球正常行進(jìn)時平均速度約2.9 m/s,當(dāng)清管段塞運(yùn)行到立管部分后,球體速度減小為0 m/s;當(dāng)球體前后壓差達(dá)到一定范圍時,球體運(yùn)行變快,隨著段塞流的清出,海管立管內(nèi)壓力逐漸降低,球體前后壓差變大,球體加速進(jìn)入收球端[2-3]。

        圖6 海管進(jìn)口壓力分析圖Fig.6 Analysis diagram of offshore pipeline inlet pressure

        圖7 清管球運(yùn)行曲線圖Fig.7 Pigging operation curve

        4.3 段塞量

        由圖8可知,終端產(chǎn)生的段塞量76.19 m3;段塞排放時間5.63 min,則段塞平均流量為13.53 m3/min。

        圖8段塞流量分析圖Fig.8 Flow analysis chart

        4.4 管道滯液量

        由圖9可知,管線穩(wěn)定運(yùn)行時,管線內(nèi)的積液量為82.80 m3,清管后海管恢復(fù)到原來的狀態(tài)所需的時間14.99 h。

        圖9 管道滯液量分析圖Fig.9 Analysis diagram of pipeline liquid holdup

        5 結(jié)論

        對天外天C平臺至CEP平臺海底混輸管道工況數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬分析得出以下結(jié)論:

        ①海管穩(wěn)定運(yùn)行時,管線內(nèi)的積液量為82.8 m3。

        ②海管內(nèi)可能會形成水合物,清管前可以先向海管內(nèi)注入甲醇1.9 m3/d,或注入乙二醇0.5 m3/d。

        ③清管球正常行進(jìn)時平均速度約2.9 m/s,清管過程所用時間2.11 h。

        ④清管產(chǎn)生的段塞量為76.19 m3,排放時間為5.63 min,平均流量為13.53 m3/min。

        ⑤清管后海管恢復(fù)到原來狀態(tài)所需的時間為14.99 h。

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