西部原油管道停输再启动现场工业试验研究.pdf
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1、第 3 6卷第 2 期 石油工程建设 5 耋 善 差 尊部凉游管道停输每詹动现场工业试验研襄 i i 誊 蓦 萎 羹 萎 邱姝娟 ，张 强 ，庞贵 0 - ，宋进舟2 ( 1 中国石油西部管道分公司，新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 2 ；2 中国石油北京油气调控中心 ，北京1 0 0 0 0 7 ) 摘要 ：在 对 西部 原 油管道输 送 的混合原 油进行 流 变性研 究和对 停输 再启 动过程 进行 计 算机数 值模 拟的基础上开展 了西部原油管道现场停输再启动的现场工业试验。原油管道在分别停输 2 4 、3 6 、 4 8 h后 ，均 可安全 再启动 。启 动过程 中各站 均未 出现进 、
2、 出站压 力和 流量 畀 常情况 ，实测数据 与计 算 结果基本 一致 原油凝 点 变化 不 明显 ，满足原 油管道 运行规 范要 求。 关键 词 ：输 油管道 ：停输 ；再 启动 ；工 业试验 ；模 拟计 算 中图分 类号 ：T E 8 3 2 文献标 识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 1 2 2 0 6 ( 2 0 1 0 )0 2 0 0 0 5 0 3 O 引 言 西部 原油 成 品油管道 是继 西气 东输 之后 国 内又 一项重大工程 两条管道同沟敷设 ，合并建站 ，西 起 新疆 乌 鲁木 齐 东 至甘 肃 兰州 ，总 长 3 7 1 6 k m。 按照 原油管 道初 步设 计 采
3、 用 加热输 送T 艺 ，管道 的最低 启 输 量 为 1 2 0 0万 t a ：采 用加 剂 综 合 热 处 理输 送工 艺 管道 的 最低 启 输量 为 9 0 0万 t a 西 部原 油 管 道 于 2 0 0 7年 8月 投 产 成 功 2 0 0 7 -2 0 0 8 年首 次冬 季运行 时 ，原 油 管道 干线采用 吐哈 、哈 国 油加剂综合热处理全线各站加热炉满负荷运行输 送工艺 实现了冬季累计输油 3 8 3万 t 合计年输 量 9 2 0刀 t a 2 0 0 8年 年底 受 国 际金 融 危 机 的影 响 国 内 成品油市场持续低迷油田面临关井 炼厂缩减加 工 量 原 油
4、产 销形 势严 峻 鄯兰原 油管 道冬 季面 临 着 低输量 运行 考验 为进 一步 增强 管道 运行 的适 应 性 和灵 活 性 于 2 0 0 8 - 2 0 0 9年冬 季 进 行 了 鄯 兰原 油 管 道 2 4 、3 6 、4 8 h停 输 再启 动 工业 性 试 验 研 究鄯兰原油管道停输再启动规律 为确定低输量下 间歇输 送方 案 提供依 据 1数值模 拟 方法 综合考虑管壁原油 、结蜡层 、管壁、防腐层 、 土壤及 大气 之 间的相 互影 响 建立埋 地热 油管 道停 输和再启动过程的传热数学模型 1 1 停 输温 降过程 ( 1 )油 流极坐 标 方程 ： p oC 。 =
5、( A 0r ) + 1 音( A 。 ) ( 1 ) 式 中p 油 流密 度 ； C 油流 热容 ： 一油 流温度 ； 时间 ： A ( 广油流导 热系 数 。 当停输 温 降过程 中有 自然 对流 区域存 在 时 液 相 的导 热 系数取 当量 导热 系数 。 ( 2 )结蜡层 、管 壁和防腐层的传热极坐标方 程 ： 觚 = ( ) + 10 7 - O r O r 斋( ) ( 2 ) r r _ 式 中p 第 层( 结 蜡 层 、管 壁 、防腐 层 等 ) 的密度 ： 第 层( 结 蜡 层 、管壁 、 防腐 层 等 ) 的热 容 ： 第 层( 结蜡层 、管壁 、防腐层等 ) 的温 度
6、： A 第 层( 结蜡层 、管壁 、防腐层等 ) 的导 热 系数 ：1 ， 2 ， 3 ， 分别表示结蜡层 、管壁和防腐层。 ( 3 )土壤导 热直 角坐标 方 程 ： p sc = 去( A ) + ( A 。 ) ( 3 ) 式 中p 土壤密度 ； C _土 壤热 容 ： 牛 ( 6 石油工程建设 2 0 1 0年 4月 一土壤温 度 ： A 土壤 导热 系数 。 1 2再 启动过 程 埋 地热 油管道 停输 后 的再 启 动过程 是一个 水力 和热力 相互影 响 的不稳 定过程 此 过程 中原油 的控 制方程 、结蜡层、管壁和防腐层的导热方程和土壤 导热方 程一样 但 有一 种情况 下
7、的原油 的动量 方程 不 一样 ：当停 输 时间较 长 部 分或 全部原 油表 现 出 触 变性 时 ，对 触变 性流 体采用 如下 直角 坐标方程 来 描 述 ： + + + gs i n + =0P pl J ( 4 ) ( T d z d z 式 中 油 流平 均速度 ( m s ) ： p 原油 密度 ( k g m ) ； P _油 流截面 平均压 力 P a ： r重力 加速 度 ( m s ) ； 管 流轴 向与水 平方 向 的夹 角 ： D 结蜡 层 的 内直 径 m： 丁 管 壁 面 剪 切 应 力 P a ，用 触 变 模 型 来 计算 。 本研 究 采 用 H o u s
8、 k a触 变模 型 触 变模 型 的 基 本思 想是 引入结 构参 数反 映物 料在某 一状 态下 的结 构强 弱 该 模 型认为 在剪 切过 程 中同时存 在结构 的 建立 和破坏 结 构 的破坏 表现 为屈服应 力 和稠度 的 等速率裂解。H o u s k a 触变模型为 ： 1 = y o +A 1 + ( K+A A K) ( 5 ) =口 ( 1 一A )一6 A y ( 6 ) U 式 中 r 。 剪切应 力 P a ； 7 I 。 结 构充 分裂 解时 的屈 服应 力 P a ： 结构 完全建 立起来 时 的屈服应 力 P a ： A 结 构参数 ： K 稠度 系数 P a
9、S ： K 触 变性 稠度系 数 P a S ： 剪 切率 s ； f 剪 切时 间 ： 0 ，b ，m，n 油流特 性常数 。 1 3 数 学模 型 的求解 将以上数学模 型的控制方程和求解 区域 离散化 采用 G a u s s S e i d e l 数值方法求解计算 采用 V i s u a l F o r t r a n语 言编写 高效计算 程序 ，再 将正 常输送 、停 输和再启 动程序 整合后 编制 计算程 序运算 可得到 频繁停输过程 ( 包含正常输送阶段和停输温降阶段) 轴向的原油温度分布、摩阻、土壤温度场的分布等。 2试 验过 程 2 0 0 8年 1 2月 2 3 日至
10、2 0 0 9年 1月 1 7 日鄯 兰 原 油管 道 接 连进 行 了停 输 2 4 、3 6 、4 8 h试 验 ，具 体情 况见 表 1 表 l 停输前后管道运行情况 停 输 前 启输 后 停输 时长 停输时间 流量， 点炉站场 启输时间 流量， 点炉站场 ( m3 h ) ( m T h ) 2 4 h 2 0 0 8年 l 2月 2 8日 1 0 ： 0 0 1 1 o o 鄯善、河西、瓜州、玉门、山丹 2 0 0 8年 1 2月 2 9日 1 0 ： 0 0 l 5 0 0 鄯善、河西、玉门、山丹 3 6 h 2 0 0 9年 1月 6日 1 0 ： 0 0 1 0 5 0 鄯善
11、、玉 门、山丹 2 0 0 9年 1 月 7日2 2： 0 0 1 0 8 0 鄯善、玉 门、山丹 4 8 h 2 0 0 9年 1月 1 5日 1 0 ： 0 0 1 0 o O 鄯善 、玉 门、山丹 2 0 0 9年 1 月 1 7日 1 0： O 0 1 5 0 0 鄯善、玉 门 3现场试 验 结果分 析 三次现场停输试验主要跟踪监测 了混合原油 ( 塔 里 木 、哈 国 、北 疆 ) 、哈 国 油 、塔 里 木 油 以及 塔 里 木 与 北疆 混 合原 油 的物 性 变 化 情 况 ，初 步 总 结 了管 道沿 线油 温变 化规 律 3 1 管道启 停输 前后 沿线 的油 温 变化 情
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