杨宇博，杨 光

（东北石油大学， 黑龙江 大庆 163318）

原油管道停输温降模拟研究

杨宇博，杨 光

（东北石油大学， 黑龙江 大庆 163318）

原油在管道输送的过程中不可避免会出现停输现象。针对原油管道停输再启动存在的技术难题。以热力水力分析为基础，应用仿真模拟的方法利用pipeline Studio(TLNET)软件模拟管道停输温降过程。以庆哈管道为例，模拟管道停输温降过程，根据模拟结果绘制了三维温降图，以原油凝固点以上 3 ℃为判据确定了安全停输时间。最终确定庆哈输油管道冬季安全停输时间为 24 h，为管道安全运行提供了可靠的理论依据。

原油管道；温降；停输时间；TLNET 软件

热油管线的停输温降问题将直接影响到管线运行的安全与成本。在低温条件下管道停输一段时间会析出蜡晶，形成空间三维网络结构，使原油的流动性不断恶化。当油温降低到凝点以下，原油便会凝固，明显增加了管道再启动的阻力[1]。若停输时间过长，导致油品发生较大的温降造成“凝管”事故。这种严重生产事故在油田集输管线和长距离大口径输油管线上都曾发生过。以庆哈原油管道为例，因为偷油、漏油、管道维修等因素，很容易造成管道停输问题[2]。应用 TLNET 仿真软件，模拟研究庆哈管道的停输温降规律，确定安全停输时间，进而指导该管线的安全操作与管理。因此，研究该含蜡原油管道停输温降规律，确定管道安全停输时间，对于保障成功启动、避免凝管具有重要意义。

1 管道概况及油品物性

1.1 管道概况

庆哈（大庆—哈尔滨）输油管道全长 182.8 km，管径为Φ377 mm×6.4 mm，保温层厚度为 40 mm[2]，埋深 1.5 m。庆哈输油管道年输量为 200～300 万 t，根据管道实际运行的情况知，目前该管道最大年输量是 280 万 t[3]。全线共有四座输油站。本文以首站至中一站最冷月为例，全长 62 km。管道运行工况参数见表 1。庆哈输油管道的设计出站压力范是为4.0～6.5 MPa，当最大压力达到 6.5 MPa 时泵站的安全阀自动打开[4]。

表1 首站—中一段工况Table 1First-period - condition

1.2 油品物性

大庆原油含蜡量较高、含硫低、凝点较高，50℃时粘度为 23.79 mPa•s。粘度随温度升高而降低，当温度达到 60 ℃粘度显著降低。大庆原油组成及基本物性见表2。

表2 大庆原油物性参数Table 2physicalpropertyparameters of Daqing crude oil

2 模拟研究

在原油物性、流变性研究及现场调研分析的基础上，对输油管道进行水力、热力条件的分析及经济比较确定管道的输送工艺参数。需要确定原油密度、比热容、动力粘度等物性参数。输入原油流量G=0.088 6 m3/s、管道结构参数、热物理参数等基本参数；同时还需输入泵的特性曲线及原油物性参数。并以管道运行的稳态过程为初始状态，控制停泵时间和阀门关闭的先后顺序，使用pipeline Studio 软件的 TLNET 模拟器模拟管道停输温降过程。TLNET软件可选用的状态方程有两种：Table 方程和 BWRS状态方程。BWRS状态方程引入了更多的修正参数，适用范围更广，在处理停输非稳态变化过程时精度相对于其他方程较高。在模型建立过程中选用BWRS真实液体状态方程。其状态方程组如下：

质量平衡方程

动量平衡方程

能量平衡方程

式中：A 为管道横截面积，m2；υ为速度，m/s；t为时间（t≥0），s；x 为沿线位置（0≤x≤L），m；f为摩阻系数；Di为管道内径，m；Uw为总传热系数，W/(m2•K)。 在 计 算 摩 阻 系 数 时 采 用 常 见 的Colebrook-White 方程，它是一个经验公式：

式中：ε为管内壁粗糙度，m；Re为雷诺数，无量纲。

由于影响计算的因素很多，可作以下假设[4]：

①将大地周围各向异性的土壤性质简化为各向同性的均匀介质。

②当管道静止时，管道中原油沿轴向的传热较小，故忽略不计，并忽略高程差[5]。

③管道沿线初始地温为当地年平均地温。

④管道内为一维流动，沿截面速度均匀。

含蜡原油管道在停输温降过程是一个伴随相变的三维非稳态传热问题[4]。研究管道正常运行到停输过程，模拟计算管道停输后沿程温降规律，并根据模拟结果绘制三维温降图[6],如图 1所示。

图1 管道停输三维温降图Fig.1Three-dimensional temperature drop figurepipeline

图1中是庆哈含蜡原油管道停输过程管道全线温度的变化情况。管道沿程温降成曲线递减，热泵站出口处油流温度较高，油流与周围介质温差较大，温降快，曲线陡。随着油流的前进，温降慢，曲线变平，模拟结果符合苏霍夫温降规律[7]。由图可知终点温度最低，停输后在终点处最容易发生凝管。

3 结论及建议

（1）以原油凝固点以上 3 ℃为判据，根据对庆哈管道模拟，可知其管道不同停输时间 8、16、24、25 h 时，管道末端出口处油温分别为 43.5、36.8、31.8、28 ℃。确定庆哈输油管道一月份安全停输时间为 24 h。

（2）上述 TLNET 软件对含蜡原油管道模拟结果还只处于理论阶段，还需通过现场实验检验，进而为管道安全运行提供了可靠的理论依据[6]。

（3）该温降模拟过程只考虑了停输非稳态一种工况，还应进一步研究不同工况下管道停输再启动过程[6]。采用以上停输温降方法确定热油管道的安全停输时间，为管道的安全经济运行提供了依据。

［1］刘晓燕,庞丽萍,王振. 庆哈埋地管道允许停输时间的计算[J]. 油气储运,2003,05:18-21+61-63.

［2］刘扬,袁亮,魏立新. 庆哈埋地管道安全停输时间模拟[J]. 油气储运,2009,04:16-18+84.

［3］郭小倩. 庆哈输油管道安全停输再启动技术研究[D].东北石油大学,2014.

［4］宇波,付在国,李伟,毛珊. 热油管道大修期间停输与再启动的数值模拟[J]. 科技通报,2011,06:890-894.

［5］康凯. 埋地热油管道修复过程热力分析及模拟计算[D].大庆石油学院,2010.

［6］沈晓燕,姚玉萍,熊小琴,丁超. 风城特稠油管线停输再启动模拟研究[J]. 石油天然气学报,2009,03:327-329.

Simulation Study on Temperature Drop of Crude oilpipeline During Shutdown

YANG Yu-Bo, YANG Guang
（Northeastpetroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

In the transportationprocess of crude oil, it is inevitable that there will be a shutdownphenomenon of thepipeline. In view of the technicalproblems of shutdown and restart of crude oilpipeline, theprocess of temperature drop after shutdown was simulated by using the Studiopipeline (TLNET) software based on the thermal-hydraulic analysis. Taking thepipeline from Daqing to Harbin as an example, the temperature drop after shutdown was simulated. According to the simulation result, the three-dimensional temperature drop diagram was drawn, and the safe shutdown time was determined. The results show that the safe shutdown time of thepipeline from Daqing to Harbin is 25 h, which canprovide a reliable theory basis for the safe operation of thepipeline.

Crude oilpipeline; Temperature drop; Shutdown time; TLNET software

TE 832

： A

： 1671-0460（2017）02-0257-02

2016-09-10

杨宇博（1992-），男，黑龙江省绥化市人，硕士，研究方向：油气储运工程。E-mail：18745955353@163.com。