應用SPS軟件模擬輸油管道預熱投產過程

杜艷平 來海雷 大慶油田設計院

對于新建埋地熱油管道，管道周圍土壤溫度場為自然溫度場，溫度一般比較低。高黏易凝原油如果直接投入冷管中，由于沿線溫降太快，會導致沿程摩阻急劇升高而被迫停輸，甚至導致凝管的嚴重事故。為了避免這種情況的發生，在實際生產中，對于絕大多數長輸埋地熱油管道啟動通常都采取一定的措施[1]。

目前，熱油管道的啟動方法主要有三種，即冷管直接啟動、預熱啟動和加稀釋劑或降凝劑啟動[2]。對于大多數輸送易凝高黏原油的長距離管道，常采用熱水預熱的啟動方式，即在投油前先輸送一定量的熱水，建立一定的溫度場，使投油后的終點油溫高于原油的凝固點3~5℃。

使用GL公司的Stoner Pipeline Simulation（以下簡稱SPS）軟件對某管道的預熱投產過程進行模擬，計算出不同時刻下的水力和熱力情況。

1 管道工程概況

某原油管道全長86 km，輸油站場外輸主要設備配置見表1。

表1 輸油站場外輸主要設備配置

該管道設計輸量80×104t/a，設計壓力6.1MPa，設計管徑?219.1mm×5.6mm，管線終點壓力要求≥0.3MPa。原油出站溫度≤70℃，原油進末站溫度≥31℃。原油凝固點26℃，密度832.5kg/m3。全線設有首站、末站及中間熱泵站1座。

本工程管道沿線最大凍土深度為3.89m，管頂埋深2.0m。試運投產時管道埋深處地溫為8℃。

2 投產過程

2.1 投產方式的選擇

加熱輸送原油管道的傳統投產方式為：在原油進入管道前，用熱水進行預熱，使管道末點溫度達到原油凝固點溫度以上，并在管道周圍建立一定的溫度場后，原油才允許進入管道，這樣可保證原油到達下一站的溫度高于凝點溫度。但是這種方式用水量很大，而且長時間加熱大量的水會消耗很多的能源，也增加了排放的污水量，不僅有悖于節能環保的理念，而且增大了投產的成本[3-4]。采用熱水預熱管道的“準冷投”方式為：用一段熱水填充空管道，再用原油推動熱水前進。利用SPS軟件，對投產過程的水力和熱力情況進行分析，最后確定投產時用大約9 km熱水段預熱管道，可使原油進站溫度達到30℃以上。

2.2 投產過程與模擬

2.2.1 管道投產步驟

（1）首站準備大約306m3的水。

（2）利用首站加熱爐將3 km（即102m3）管段的水加熱至50℃，投入管道中，輸量為40m3/h。

（3）接著將102m3的水加熱至60℃，投入管道中，輸量為40m3/h。

（4）繼續將102m3的水加熱至70℃，投入管道中，輸量為40m3/h。

（5）依次將三段水輸入管道中后，再將原油投入管道中，原油出站溫度為70℃，輸量為74m3/h。

（6） 水頭達到中間加熱站時，開啟中間加熱站的加熱爐，分別將三段熱水和原油加熱至50、60、70、70℃后繼續外輸至末站。

2.2.2 應用SPS軟件模擬投產過程

運用SPS軟件模擬計算了管道預熱投產時沿線各處水頭壓力、原油的密度及溫度。從水力計算及熱力計算模擬圖中可以看出：在兩個站之間，原油溫度不斷下降，密度不斷降低，原油的最低溫度保持在30℃以上，滿足熱力要求；從壓力曲線可以看出，首站的泵為預熱投產提供了能量，滿足水力要求。

3 結論

通過運用SPS軟件對管道投產過程模擬可知：

（1）由于SPS軟件采用數值模擬技術，可以實時模擬復雜輸送管道的實時工況，可以解決管道投產中復雜的工藝計算，從而選擇最佳工藝方案。

（2）在整個預熱投產過程中，雖然水頭的溫度存在低于原油凝固點的情況，但油頭溫度始終大于凝固點溫度，可保證管道安全運行。

（3）某管道預熱用水量為306m3，比傳統的預熱方式節約了大量水源及含油污水處理的成本。

[1]陳國群，馬克鋒，丁芝來，等．熱油管道啟輸投產熱力計算[J]．油氣儲運，2005，24（7）：13-16．

[2]楊筱蘅，張國忠．輸油管道設計與管理[M]．北京：石油工業出版社，1996．

[3]藏建兵，石宇，王岳．熱油管道預熱過程土壤溫度場數值計算[J]．中國科技信息，2005（22）：99．

[4]梁江，于穎．原油外輸管道投產方案研究[R]．第二界數字管道信息化（管理）建設論壇暨油氣集輸與儲運技術研討會論文集．