李向成，樊澤輝，邢亞寶，楊偉(陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500)

0 引言

“流動保障(Flow Assurance)”的概念是1991年國外的石油開發(fā)團隊在解決墨西哥灣深海油氣田開發(fā)中遇到的流動障礙的技術(shù)問題時提出，該團隊由一些石油生產(chǎn)和服務(wù)公司組成。油氣管道中的水合物、蠟質(zhì)和瀝青質(zhì)、段塞流在特定條件下會造成管道的流動特性變差甚至發(fā)生凝管等嚴重后果，需要采取疏通甚至更換管道的辦法才能恢復(fù)生產(chǎn)，一旦發(fā)生凝管事故，處理的費用也是相當高的。正因為如此，研究管路流動保障問題逐漸成為管道研究的重點，對油氣管道采取的相關(guān)的技術(shù)手段、保障措施以及與此相關(guān)的問題都可歸納到“流動保障”的范疇[1]。

流動保障實現(xiàn)的目標主要有兩個：一是確保管道無堵塞 ，主要控制水合物、蠟 、瀝青質(zhì)、礦物垢等的沉積；二是控制油氣管道輸送工況，優(yōu)化流動行為。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

(1)中國科技人員將傳統(tǒng)的“流動保障”技術(shù)從深海油氣管道拓展到陸上油氣管道，包括天然氣、原油、成品油甚至渣油管道的流動保障。

(2)流動保障措施主要針對影響油品流動安全性的兩大因素展開，兩大因素主要是油品的流變性和管道的結(jié)蠟。改善流動性的辦法主要有稀釋法、改變組成法(輕度裂化)、改善保溫狀況等。當然，有些流動保障措施本身就成了一種流動保障工藝。龍大平，于 達等人將流動保障技術(shù)總結(jié)歸納為模擬技術(shù)、防止管道堵塞技術(shù)、流動恢復(fù)技術(shù)等[2]。

(3)模擬技術(shù)通過對流體管道的水力和熱力工況進行分析，建立水力、熱力數(shù)學模型，分析各種約束條件，確定數(shù)值算法，得出管道溫降隨著輸送距離變化的規(guī)律。

2 防止管道堵塞技術(shù)主要是保溫技術(shù)和清管技術(shù)

保溫技術(shù)分為無源保溫技術(shù)有源保溫技術(shù)。無源保溫技術(shù)即管道保溫方法，增加保溫絕熱層的方法降低油品管輸過程中的熱量損失，保障油品的流動性。

保溫絕熱技術(shù)的發(fā)展比較快，主要有三種保溫結(jié)構(gòu)形式：管中管結(jié)構(gòu)、單壁管結(jié)構(gòu)和集束管結(jié)構(gòu)。其中：

(1)管中管保溫結(jié)構(gòu)由內(nèi)層輸油管、保溫層和外層鋼管組成。

(2)單壁管結(jié)構(gòu)由內(nèi)層輸油管、防腐保護層、保溫層、防護層和混凝土配重層。

(3)集束管保溫結(jié)構(gòu)是將兩根或者以上輸油管道或者其他性質(zhì)的管道匯集到一起的管道束。胡曉峰、劉書等人將三種保溫結(jié)構(gòu)形式優(yōu)缺點及應(yīng)用情況進行了比較[3]。

(4)有源保溫技術(shù)主要是管道集膚效應(yīng)伴熱技術(shù)，是近代出現(xiàn)的一種金屬管道加熱法，是用于石化行業(yè)熱輸管道加熱伴熱、保溫的新工藝、新技術(shù)。集膚效應(yīng)電伴熱技術(shù)屬于廣泛應(yīng)用于管道流體運輸行業(yè)，它利用交流電通過鐵磁性材料時，導(dǎo)體橫截面上的電流分布不同，在接近導(dǎo)體曲表面部分電流較集中，導(dǎo)體在電磁場作用下的集膚效應(yīng)，產(chǎn)生熱量，達到伴熱的目的，集膚效應(yīng)伴熱主要用于小管徑管道。

(5)針對單層配重保溫管工藝效率低、泡沫保溫層分布不均勻的缺點，丹麥某公司研發(fā)出一種FBE+聚氨酯發(fā)泡在線噴涂+聚烯烴防水層在線擠出聚氨酯泡沫保溫層，保溫效果更好[4]。

(6)流動恢復(fù)技術(shù)，即為解決管道堵塞的極端情況而提出。滿足水力、熱力條件是管道正常運行的前提條件，一旦水力條件或者熱力條件不滿足，會出現(xiàn)管道堵塞的情況。

2017年宋永臣、周航等人發(fā)明了一種可以循環(huán)的適用于多種流體的海底油氣運輸管道水合物堵塞檢測與解堵裝置，包括加熱系統(tǒng)，定位系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)，配重系統(tǒng)和殼體。當遇到水合物開始沉積聚集并堵塞管道時，本裝置會發(fā)出堵塞位置信息，會加熱分解水合物，進而疏通管道。該裝置可以保證流體無障礙流入和流出裝置,不會堵塞油氣管道[5]。

在實踐運行中，只有對管輸流量、出站溫度等影響流動安全性的幾個因素采取協(xié)同控制的保障措施，才能達到預(yù)期效果。

3 流動保障措施實際應(yīng)用的案例

某化工廠原料渣油長輸管道長度15 km，公稱直徑為Φ273，設(shè)計壓力等級為4.0 MPa，用于接收上游煉油廠常減壓渣油。該管道有保溫無伴熱，采用熱油輸送工藝。該管道屬于埋地管道，沿途經(jīng)過沙漠、山溝、河流等特殊地貌。

由于2021年該廠計劃停車，需要檢修，檢修周期65天，首站煉油廠正常生產(chǎn)，持續(xù)產(chǎn)出常減壓渣油需要外送。在末站50 000 m3剩余庫容的情況下，既要保證首末站儲罐不憋庫，還要保障唯一的原料渣油長輸管道正常輸送，需要綜合考慮多方面因素包括檢修消缺不能按計劃啟動開車的特殊情況。

3.1 方案比選

起初提出了兩種輸送方案：一種是較大流量下間斷輸送，停輸4小時再啟動；第二種是根據(jù)末站有效庫容，核算連續(xù)輸送的最低流量。長輸管線頻繁停輸再啟動有流動性逐漸變差，停輸風險。綜合考慮渣油介質(zhì)特性(如表1所示)。輸送渣油熱量損失，首站較末站有70 m地理高差優(yōu)勢，管道的自流可以挽回因首站、末站閥門節(jié)流造成的能量損失，經(jīng)過核算，將管輸量降至40 t/h的流量連續(xù)輸送可以保證不憋庫。

表1 原料渣油的一般性質(zhì)(來源于操作規(guī)程)

3.2 流動保障措施

在本次管輸過程措施是管理措施和流動保障措施協(xié)同控制，流動保障措施從影響管道流動安全性的幾個因素提出：

(1)考慮到渣油出裝置的溫度、渣油粘度、管材強度等綜合因素，分三個階段將管輸量降至40 t/h ，第一階段將管輸量由105 t/h降至90 t/h，第二階段降至60 t/h，最后降至40 t/h。

(2)提高渣油出站溫度不低于80℃。

(3)完善渣油管道的保溫等措施。

(4)每天檢測進站渣油凝點、析蠟點等影響流動性指標，控制進站渣油溫度不低于實際凝點+5℃。

4 結(jié)語

(1)按照低流量連續(xù)輸送方案，采取了提高出站溫度和完善保溫措施，在為期65天的檢修時間里，實現(xiàn)了渣油低流量連續(xù)輸送，達到了預(yù)期目的。(2)首站溫度維持到80℃以上時，末站進站溫度可以維持到58℃，高于渣油的凝點和析蠟點，且沿程溫降最大24.2℃，最小溫降17.9℃。(3)管輸量和首站出站溫度直接影響末站進站溫度，管輸流量越大，沿程溫降越小，末站進站溫度越高，在必須控制輸量的前提下，就需要依靠提高首站出站溫度來實現(xiàn)流動保障(如表2所示)。

表2 管輸渣油首站流量、溫度變化對末站進站渣油溫度的影響