左江偉，李漢成，鄭銳，許紅明，田一波，徐思瑩，楊子航

（中國(guó)石油塔里木油田分公司油氣運(yùn)銷部，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

含蠟?zāi)鲇驮诠艿篱L(zhǎng)距離輸送過程中蠟晶分子的析出及蠟沉積層的逐步形成，會(huì)造成管道輸送能力下降和運(yùn)行成本增加[1-2]，嚴(yán)重時(shí)在清管作業(yè)時(shí)會(huì)引發(fā)凝管現(xiàn)象，造成管道清管器卡阻及蠟堵事故，而采用加熱輸送能有效緩解這一情況。另一方面，當(dāng)中間加熱站油品出站溫度設(shè)置較高時(shí)，勢(shì)必造成大量天然氣的浪費(fèi)。因此，平衡凝析油出站溫度和管線清管周期是含蠟?zāi)鲇凸艿垒斔瓦^程中必須面對(duì)的問題[3-5]。目前，塔里木油田應(yīng)對(duì)高含蠟?zāi)鲇拖灣练e問題的解決方法主要有添加化學(xué)防蠟劑、提高含蠟?zāi)鲇统稣緶囟纫?、管線設(shè)置保護(hù)層、長(zhǎng)輸管線設(shè)置加熱站、定期清管等。而對(duì)于凝析油出站溫度設(shè)置問題，一般采用穩(wěn)態(tài)熱力計(jì)算蘇霍夫公式進(jìn)行調(diào)整[6-7]。

美國(guó)Stoner 公司開發(fā)的SPS 軟件能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)輸管道的離線實(shí)時(shí)模擬計(jì)算，在液體管網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計(jì)算方面具有應(yīng)用廣、精度高的特點(diǎn)。本文采用SPS 模擬了英牙凝析油管道在不同加熱站之間的運(yùn)行情況，并通過改變地溫和不同加熱站的出口溫度得到管線運(yùn)行的溫降及壓力變化情況，并將模擬運(yùn)行結(jié)果與實(shí)際結(jié)果對(duì)比，為中間加熱站加熱爐溫度的調(diào)整提供指導(dǎo)，研究結(jié)論有助于降低管道運(yùn)行成本，達(dá)到降本增效的目的。

1 英牙凝析油管道和油品物性概況

1.1 管道概況

英牙凝析油管線是英買油氣開發(fā)部凝析油外輸主要管線[8]，起點(diǎn)為英買首站，終點(diǎn)為牙哈裝車站，全長(zhǎng)149.67 km。管線直徑219.1 mm，壁厚5.2 mm，設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa，設(shè)計(jì)輸量5.1×105t·a-1，管道凈容積34.208 m3·km-1，采用聚氨酯泡沫保溫，厚度50 mm。管道全線當(dāng)前共設(shè)4 座加熱站，如圖1所示。

圖1 英牙凝析油管道全線加熱站情況

1.2 英買凝析油基礎(chǔ)物性

凝析油物性分析主要由塔里木油田實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院測(cè)定提供，分析所用的主要設(shè)備有SVM3000自動(dòng)密度黏度測(cè)定儀，DZY-038A 多功能低溫測(cè)定儀，恒溫水浴，DSC1 差示掃描量熱儀，MK-6s 棒狀薄層色譜分析儀，HFP370 克利夫蘭開口閃點(diǎn)儀，HAAKE RS600 流變儀，101A-2ET 電熱鼓風(fēng)干燥箱，SRJX-4-13 高溫箱式電爐，JSR3402 電爐殘?zhí)繙y(cè)定器，梅特勒T70 自動(dòng)電位滴定儀，Agilent7890A氣相色譜儀等。英牙凝析油主要物性參數(shù)見表1，其蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)和析蠟點(diǎn)較油田其他作業(yè)區(qū)油品高，平均含蠟量在20%～28%之間，按照原油工業(yè)分類標(biāo)準(zhǔn)（按照含蠟量分類），屬于高含蠟?zāi)鲇汀?/p>

表1 英買凝析油基礎(chǔ)物性參數(shù)

1.3 英牙管道運(yùn)行基本情況

通過塔里木油田遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（SCADE）采集英牙凝析油管線運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)，計(jì)算了1年內(nèi)英牙凝析油管線重點(diǎn)閥室冬季/夏季運(yùn)行時(shí)的平均運(yùn)行參數(shù)，詳見圖2、圖3。

圖2 英牙凝析油管線平均運(yùn)行參數(shù)（冬季運(yùn)行）

圖3 英牙凝析油管線平均運(yùn)行參數(shù)（夏季運(yùn)行）

由圖2 和圖3 可以看出，英牙凝析油管線在冬季運(yùn)行和夏季運(yùn)行的加熱爐運(yùn)行情況并不相同，冬季運(yùn)行時(shí)管道全線4 臺(tái)加熱爐同時(shí)工作，每個(gè)加熱站加熱溫度在12～15 ℃之間，終點(diǎn)進(jìn)站溫度基本維持在40 ℃（析蠟點(diǎn)）；而夏季基本保持首站和英3兩個(gè)加熱站運(yùn)行即可滿足要求。此外，夏季管線地溫基本保持在20 ℃左右，各熱站間地溫變化不大。

管道不同軸向位置處的溫度可以通過蘇霍夫軸向溫降公式計(jì)算[9-10]：

式中：Tm—沿管道軸向位置處的溫度，℃；

T0—地溫，℃；

TR—出站油溫，℃；

K—總傳熱系數(shù)，W·m-2·h-1·K-1；

D—管道外徑，m；

G—質(zhì)量流量，kg·h-1；Cp—原油比熱容，kJ·(kg·K)-1；

L—出站口與管道軸向位置間的距離，m。

2 基于仿真軟件SPS 的出站油溫模擬

2.1 模擬步驟

使用SPS 軟件時(shí)，首先通過MODEL BUILDER建立圖形化的管道模型并輸入數(shù)據(jù)，再使用PREPR預(yù)處理器設(shè)置管道及流體的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)TRANS瞬態(tài)模擬器完成以時(shí)間為變量的模擬計(jì)算，最后經(jīng)SimPlot 可以查看變量變化趨勢(shì)圖。圖4 為SPS Model Builder 建立的英牙凝析油管道模型。

圖4 SPS Model Builder 建立的英牙凝析油管道模型

2.2 各管段之間的模擬值

以各段管線進(jìn)站溫度為40 ℃（析蠟點(diǎn)）進(jìn)行模擬，得到不同管段間及環(huán)境溫度下的出站溫度，并與理論計(jì)算值進(jìn)行了對(duì)比，如圖5 所示（高風(fēng)險(xiǎn)段英5 至終點(diǎn)段）。

由圖5 可以直觀看出，由蘇霍夫軸降公式計(jì)算所得到的加熱爐出口油溫總是高于由SPS 軟件模擬得到的出口油溫，此外，還可以看出，隨著環(huán)境地溫的增加，兩種方式下得到的出口油溫越來越接近。

圖5 英5 至終點(diǎn)段出站油溫計(jì)算值與模擬值對(duì)比

出現(xiàn)這種情況的主要原因是由于SPS 軟件在模擬加熱爐出口溫度時(shí)，需要設(shè)置管線平均蠟沉積厚度，而根據(jù)理論研究，蠟沉積的形成雖然會(huì)導(dǎo)致管道輸送能力有所下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致清管器卡阻現(xiàn)象，但另一方面，蠟沉積的存在相當(dāng)于在油品在傳熱過程中增加了一層熱阻，使得管道溫降略有減小。

因此，考慮軟件模擬值作為加熱爐出口溫度調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)，可以節(jié)約大量天然氣，降低管道全線的運(yùn)行成本。

3 能耗測(cè)試與分析

表2 為在英牙凝析油管線起點(diǎn)英買首站加熱爐實(shí)測(cè)的外輸出站油溫與日用氣量情況。

表2 英買首站出站油溫與日用氣量情況

由表2 可知，當(dāng)平均外輸量在1 860 t 左右時(shí)，出站油溫每降低1 ℃，每臺(tái)加熱爐每日能降低天然氣量約110 m3，全年每臺(tái)可節(jié)約用氣約4 萬m3天然氣。

結(jié)合英牙凝析油管線不同管段地溫下的模擬情況對(duì)比，采用SPS 模擬值進(jìn)行設(shè)置出站油溫時(shí)，即夏季運(yùn)行時(shí)（啟首站和英3 兩臺(tái)加熱爐，日平均輸量1 800 t、地溫按20 ℃，模擬值與當(dāng)前設(shè)定值相差最大2.12 ℃、最小0.56 ℃計(jì)算，進(jìn)站溫度為40 ℃），可每日節(jié)約天然氣101～ 460 m3。

冬季運(yùn)行時(shí)（啟首站、英2、英3、英5 四臺(tái)加熱爐，日平均輸量1 800 t、地溫按8 ℃計(jì)，模擬值與當(dāng)前設(shè)定值相差最大4.24 ℃、最小1.05 ℃計(jì)算、進(jìn)站溫度為40 ℃），可每日節(jié)約加熱爐燃料用氣460～1 850 m3。

4 結(jié) 論

1）當(dāng)前英牙凝析油全線進(jìn)站油溫均高于油品析蠟點(diǎn)40 ℃，可以適當(dāng)降低油品出站溫度，節(jié)約天然氣用量。

2）根據(jù)析蠟點(diǎn)變化情況，應(yīng)綜合考慮析蠟和清管情況，及時(shí)調(diào)整管道全線各加熱站的出站油溫。

3）基于SPS 模擬結(jié)果表明，冬季運(yùn)行輸量穩(wěn)定時(shí)使用仿真軟件模擬值作為加熱爐出站油溫設(shè)定時(shí)，可最少節(jié)約天然氣約8 萬m3，夏季運(yùn)行時(shí)使用SPS 軟件模擬值作為加熱爐出站油溫設(shè)定時(shí)，可最少節(jié)約天然氣約2 萬m3。