劉艷東 劉紫微 邸俊杰 石詠衡 崔娜 秦琴

1中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司

2北京東方華智石油工程有限公司

3國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)本部（油氣調(diào)控中心）

我國(guó)西南地區(qū)0#柴油市場(chǎng)消費(fèi)量大，但部分地區(qū)由于多年凍土的存在，制約著0#柴油管道輸送，0#柴油主要以鐵路運(yùn)輸為主，在新建某西南成品油管道之際，有必要對(duì)低溫環(huán)境下0#柴油輸送技術(shù)進(jìn)行研究，解決低地溫環(huán)境下管道輸送0#柴油的問(wèn)題，緩解鐵路運(yùn)力緊張局勢(shì)，降低輸送能耗和損耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高管道輸送效益。0#柴油低溫環(huán)境下，柴油中的正構(gòu)烷烴以蠟晶的形式析出，柴油流動(dòng)性變差甚至凝固。目前國(guó)內(nèi)北方地區(qū)已開(kāi)始嘗試用低凝點(diǎn)柴油調(diào)和方式進(jìn)行輸送0#柴油[1]，但工程實(shí)踐表明，該方法成本較高，降凝效果不顯著。本文以通過(guò)西南成品油管道工程為例，對(duì)0#柴油“降凝加保溫”輸送方案的研究制定過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，以為后續(xù)工程設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 0#柴油管道輸送影響因素分析

柴油之所以在低溫下失去流動(dòng)性，是由于低溫下，高熔點(diǎn)的石蠟烴以針狀或片狀結(jié)晶析出并相互粘接，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將低熔點(diǎn)油吸附并包于其中，猶如吸水的海綿，致使整個(gè)油品喪失流動(dòng)性[2]。通過(guò)對(duì)格爾木煉廠(chǎng)和蘭州石化煉廠(chǎng)的0#柴油油樣分析，柴油輸送不僅與油品的凝點(diǎn)有關(guān)，而且與柴油的冷濾點(diǎn)密切相關(guān)。不同實(shí)驗(yàn)溫度下蘭州煉廠(chǎng)和格爾木煉廠(chǎng)0#柴油析出量見(jiàn)表1、圖1。

表1 不同溫度下0#柴油析出量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Experimental results of 0#diesel oil precipitation at different temperatures

圖1 不同溫度下0#柴油析出量Fig.1 Precipitation of 0#diesel at different temperatures

在實(shí)際工程方案制定時(shí)，應(yīng)首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握管道輸送0#柴油的物性，重點(diǎn)是掌握冷濾點(diǎn)和凝點(diǎn)，因?yàn)椴煌瑹拸S(chǎng)生產(chǎn)的0#柴油物性也不同，需要先通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定管道輸送的0#柴油具體的冷濾點(diǎn)和凝點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，蘭州煉廠(chǎng)的0#柴油在≤2 ℃的環(huán)境溫度下會(huì)有少量結(jié)晶析出，由此可得出即使0#柴油的凝點(diǎn)低于0 ℃的情況下，也會(huì)因?yàn)槔錇V點(diǎn)高造成0#柴油在低溫環(huán)境下的析出，從而造成油品在管道中凝結(jié)，影響管道輸送。

2 降凝劑的選用

添加降凝劑是目前改善柴油低溫流動(dòng)性能的高效方法[3]，少量的降凝劑就能改善蠟的結(jié)晶過(guò)程[4]，抑制蠟晶的生晶和生長(zhǎng)，使蠟晶形成小顆粒而很難聚集，進(jìn)而改善柴油的低溫流動(dòng)性能，使其凝固點(diǎn)和冷濾點(diǎn)滿(mǎn)足柴油的應(yīng)用指標(biāo)。不同降凝劑類(lèi)型、不同添加量，0#柴油冷濾點(diǎn)降低值不同，工程實(shí)踐中應(yīng)對(duì)比不同降凝劑的降凝效果，為方案比選和降凝劑選用奠定基礎(chǔ)[5]。

某西南成品油管道工程針對(duì)不同種類(lèi)的降凝劑做了實(shí)驗(yàn)比對(duì)，分別選用某實(shí)驗(yàn)室自制的柴油降凝劑TM降凝劑、市售的EVA降凝劑和國(guó)外1800型降凝劑，三種降凝劑不同加劑量下對(duì)蘭州石化煉廠(chǎng)和格爾木煉廠(chǎng)生產(chǎn)的0#柴油冷濾點(diǎn)影響見(jiàn)表2[6-8]。

表2 不同降凝劑及加劑量下0#柴油的冷濾點(diǎn)Tab.2 0#diesel oil cold filter point with different pour point depressants and different dosages ℃

3 加劑方案選取

3.1 輸送方案

確定0#柴油最低輸送溫度（對(duì)應(yīng)不同加劑量）、保溫層厚度組成多個(gè)技術(shù)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選[9]。方案選取時(shí)需綜合考慮以下因素：

（1）0#柴油輸送溫度選取的越低，需要添加的降凝劑量越大，加劑費(fèi)用越高，成本支出越大。

（2）0#柴油輸送溫度選取的越高，需要添加的降凝劑量越小，成本小，但可能導(dǎo)致方案不可行或者需要加熱輸送。

（3）保溫層厚度取值越大，管道與土壤間總傳熱系數(shù)越小，越利于0#柴油輸送，但投資較高。

以西南某成品油管道為例，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)選取9種輸送方案（表3）。

表3 0#柴油輸送方案Tab.3 0#diesel transmission schemes

由表3可知，該成品油管道以輸送蘭州石化0#柴油為主，加劑為T(mén)M 劑，因此，表中加劑量及冷濾點(diǎn)值取加TM 劑為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，輸送溫度高于冷濾點(diǎn)1 ℃。保溫材料選用導(dǎo)熱系數(shù)低、絕熱性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、吸濕率小的材料，推薦采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料制品，導(dǎo)熱系數(shù)為0.027 W/m·K（25 ℃）。由于多年凍土的存在，應(yīng)盡量避免采用加熱輸送方式。

3.2 水力、熱力校核方案

利用國(guó)際通用的SPS 軟件對(duì)選取的9 個(gè)方案進(jìn)行計(jì)算校核，通過(guò)水力、熱力計(jì)算結(jié)果確定方案的可行性。主要考慮的因素為是否需要設(shè)置熱站進(jìn)行加熱輸送，如果設(shè)置熱站，需要計(jì)算出相應(yīng)的加熱負(fù)荷，根據(jù)加熱負(fù)荷計(jì)算出熱站投資和運(yùn)行燃料費(fèi)用，用于經(jīng)濟(jì)比選。以方案1為例，進(jìn)行水力、熱力校核[10-19]，方案1 校核結(jié)果見(jiàn)表4、圖2。加劑處理、最低輸送溫度為2 ℃，線(xiàn)路保溫，保溫層80 mm，加熱輸送。

表4 方案1管道沿線(xiàn)各站計(jì)算參數(shù)Tab.4 Calculation parameters of each station along the pipeline in Scheme 1

圖2 管道沿線(xiàn)溫度分布Fig.2 Temperature distribution along pipeline

根據(jù)方案一的水力、熱力模擬結(jié)果，按照最低輸送溫度為2 ℃進(jìn)行輸送時(shí)，2#泵站、3#泵站和4#泵站需要設(shè)置加熱爐以滿(mǎn)足輸送要求。

3.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選

對(duì)不同方案費(fèi)用現(xiàn)值進(jìn)行比選，費(fèi)用現(xiàn)值包括建設(shè)投資和運(yùn)行成本，建設(shè)投資包括保溫層投資、加熱站投資；運(yùn)行成本包括加劑費(fèi)用、加熱耗用燃料費(fèi)用。費(fèi)用現(xiàn)值最低的方案確定為最優(yōu)方案，同時(shí)，應(yīng)盡量避免采用加熱輸送方案，減少對(duì)永凍土的破壞，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。9個(gè)方案的費(fèi)用現(xiàn)值比選見(jiàn)表5，其中方案7費(fèi)用現(xiàn)值最低，為最優(yōu)方案。

表5 不同輸送方案的費(fèi)用現(xiàn)值比選Tab.5 Comparison of cost present value for different transportation schemes

確定最優(yōu)方案后，即確定了以下關(guān)鍵指標(biāo)：

（1）0#柴油最低輸送溫度，-2 ℃，對(duì)應(yīng)的TM降凝劑加劑量為600 mg/L。

（2）保溫層厚度為80 mm，多年凍土段全段保溫。

4 加劑方案設(shè)置方法

（1）加劑位置的確定。長(zhǎng)輸管道距離較長(zhǎng)，0#柴油從首站輸送至末站需要一定的時(shí)間，因此，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定降凝劑的穩(wěn)定性，根據(jù)降凝劑穩(wěn)定性，考慮是否在沿線(xiàn)站場(chǎng)設(shè)置加劑裝置[20]。西南某成品油管道加劑后0#柴油穩(wěn)定性見(jiàn)表6。

表6 調(diào)和、加劑后0#柴油穩(wěn)定性Tab.6 Stability of 0#diesel after blending and adding

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得出，加劑后的0#柴油室溫靜態(tài)儲(chǔ)存4 周，冷濾點(diǎn)無(wú)變化，儲(chǔ)存5 周，冷濾點(diǎn)有1 ℃的回升，可判斷降凝效果可持續(xù)約28 天左右；管道投產(chǎn)初期往往流速最小，0#柴油從首站至末站時(shí)間最長(zhǎng)約22 天。因此，在管道首站設(shè)加劑裝置即可，但需選取在沿線(xiàn)站場(chǎng)必要位置設(shè)手動(dòng)取樣口及加劑預(yù)留口，以在管道運(yùn)行期間取樣分析，確定降凝劑在0#柴油實(shí)際輸送過(guò)程中的應(yīng)用效果，如果效果較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有所降低，可在加劑預(yù)留口的位置補(bǔ)設(shè)加劑裝置。

（2）加劑流程的確定。降凝劑可以先與0#柴油進(jìn)行預(yù)混，充分混合后，通過(guò)加劑泵（計(jì)量泵）按加計(jì)量注入到管道中。要根據(jù)加劑量確定加劑泵的流量，根據(jù)管輸0#柴油運(yùn)行壓力確定加劑泵的揚(yáng)程[21-23]。攪拌罐設(shè)置2 座，1 座用于摻混攪拌，1 座用于注入，加劑泵也應(yīng)設(shè)置2 臺(tái)，1 用1 備，提高運(yùn)行可靠性，加劑橇流程見(jiàn)圖3。

圖3 加劑橇流程Fig3 Process of dosage-adding skid

5 結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)北方地區(qū)嘗試用低凝點(diǎn)柴油調(diào)和方式進(jìn)行0#柴油輸送，但工程實(shí)踐表明，該方法成本較高，降凝效果不顯著。本方法通過(guò)對(duì)低溫環(huán)境下0#柴油輸送影響因素進(jìn)行分析，詳細(xì)論述了降凝劑選用，加劑方案選取、加劑方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證及加劑方案設(shè)置方法的全過(guò)程研究，可指導(dǎo)管道低溫環(huán)境下0#柴油輸送方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境下0#柴油的常溫輸送，處于永凍土區(qū)的管道可減少對(duì)永凍土的破壞，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境下管道0#柴油的安全、平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)輸送。