輸油管道安全停輸時(shí)間計(jì)算分析

張立明 蘇婷 李福然

摘要：輸油管道停輸后，若停輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)管道內(nèi)原油溫度降低到一定值后，管內(nèi)原油流變性會(huì)發(fā)生很大變化，管道的再啟動(dòng)會(huì)遇到極大的困難，甚至造成凝管事故。為了避免凝管事故的發(fā)生，需要對(duì)停輸管道的安全停輸時(shí)間進(jìn)行研究。本文主要介紹某輸油管道運(yùn)行現(xiàn)狀，統(tǒng)計(jì)對(duì)比2018年1-8月份管道停輸情況，對(duì)某輸油管道安全停輸時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)以后管道安全運(yùn)行提出具體建議。

關(guān)鍵詞：輸油管道；安全停輸；時(shí)間

一、前言

熱油管道生產(chǎn)運(yùn)行中，停輸是不可避免的生產(chǎn)過(guò)程。熱油管道停輸后，管內(nèi)油溫隨停輸時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷降低，導(dǎo)致管內(nèi)油品流動(dòng)特性發(fā)生很大變化，甚至產(chǎn)生原油膠凝現(xiàn)象。當(dāng)管內(nèi)油溫降低到一定程度就會(huì)使啟動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生困難，甚至造成凝管事故。

據(jù)統(tǒng)計(jì)2018年1-8月份某輸油管道累計(jì)停輸39次，時(shí)間為2147分鐘，平均排量450m3/h計(jì)算，少輸送原油16102.5m3，對(duì)場(chǎng)站完成全年生產(chǎn)任務(wù)造成很大困難，并且對(duì)管道的安全運(yùn)行產(chǎn)生很大影響，降低設(shè)備使用壽命，啟停輸過(guò)程中浪費(fèi)大量員工勞動(dòng)力，因此有必要對(duì)管道的管道安全停輸進(jìn)行研究。

二、輸油管道停輸狀況分析

1、輸油管道停輸原因分析

熱油管道在運(yùn)行過(guò)程中，由于種種原因，不可避免地會(huì)發(fā)生停輸。停輸?shù)脑蚩梢苑譃閮纱箢?lèi)：事故停輸和計(jì)劃停輸。具體原因分類(lèi)如表1：

2018年1-8月份某輸油管道停輸39次，除6次為計(jì)劃停輸外，其余33次均為事故停輸，其停輸分布主要有以下特點(diǎn)：

（1）夏季管道停輸頻率遠(yuǎn)大于冬季，管道冬季運(yùn)行比夏季運(yùn)行更加平穩(wěn)。其中5月份前停輸12次，5月份以后停輸27次。

（2）管道停輸與天氣有很大關(guān)系，打雷、下雨天氣易產(chǎn)生跳泵、停電等事故造成管道停輸。

（3）姬塬外輸總站離心泵運(yùn)行平穩(wěn)，管道停輸多是由于喂油泵、外輸泵變頻器等電氣設(shè)備發(fā)生故障造成的。

（4）除個(gè)別原因（輸入電壓過(guò)高、高壓輸入缺相）需專(zhuān)業(yè)電工進(jìn)行檢修維護(hù)，其他如變頻器等設(shè)備故障場(chǎng)站員工均可用較短時(shí)間恢復(fù)管道運(yùn)行。

（5）管道停輸除個(gè)別停輸時(shí)間較長(zhǎng)外，停輸時(shí)間均較短，管道溫度發(fā)生變化較小，原油流變性變化不大，恢復(fù)管道運(yùn)行比較容易。

2、管道停輸時(shí)間計(jì)算

管道停輸時(shí)間較短時(shí)，管內(nèi)原油溫降較小，原油流變性發(fā)生變化較小，管內(nèi)壁幾乎沒(méi)有新的凝油層生成，此時(shí)管道再啟動(dòng)比較容易。若停輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，原油溫度降至凝點(diǎn)以下后，管內(nèi)存油已發(fā)生膠凝現(xiàn)象，導(dǎo)致管道停輸再啟動(dòng)的壓力增大，若停輸再啟動(dòng)的壓力超過(guò)管道允許的最大壓力、泵提供的壓力上限，則會(huì)啟動(dòng)失敗，造成凝管事故，對(duì)管道的安全運(yùn)行造成很大威脅。管道停輸后能否順利啟動(dòng)，不僅取決于油品的流變特性、管線的工作狀況、管道沿線停輸前的油溫分布等因素，更是與管道停輸時(shí)間有著密不可分的關(guān)系。所以說(shuō)管道安全停輸時(shí)間，對(duì)于管道運(yùn)行來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很重要的參數(shù)。為了預(yù)防在停輸狀態(tài)下預(yù)防發(fā)生“凝管”事故，有必要獲得準(zhǔn)確的安全停輸時(shí)間。

埋地?zé)嵊凸艿篱L(zhǎng)期運(yùn)行后，土壤溫度場(chǎng)穩(wěn)定，埋地管道在停輸后溫降緩慢，可將管內(nèi)原油的冷卻過(guò)程視為一系列準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，列出dτ時(shí)間內(nèi)的熱穩(wěn)定方程，近似求解。即忽略管內(nèi)橫截面上溫度梯度及軸向溫降，按平均油溫計(jì)算、管道總傳熱系數(shù)Kˊ為常數(shù)、忽略油品特性隨溫度變化、外界溫度不變、不計(jì)保溫層的熱容量。

取

可用下式計(jì)算距離起點(diǎn)任意距離l處，溫降停輸時(shí)間τ時(shí)間后管內(nèi)油溫的計(jì)算式[1]：

（1）

式中：T為距離管道起點(diǎn)l處，停輸τ時(shí)間后的 油溫，℃；T0為周?chē)h(huán)境溫度，℃；TR為管道起點(diǎn)處開(kāi)始停輸時(shí)的油溫，℃；G為質(zhì)量流量，kg/s；c為輸油平均溫度下的比熱容，J/（kg·℃）；K為管道穩(wěn)態(tài)工況下的總傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；l為計(jì)算點(diǎn)距離管道的距離；τ為停輸時(shí)間，s；D，D1，D2分別為管道平均直徑、鋼管外徑、管道外徑，m；cy為油的比熱容，J/（kg·℃）；ρ y為油的密度，kg/m3；cg為鋼材的比熱容，J/（kg·℃）；ρ g為鋼材的密度，kg/m3。

三、結(jié)論及建議

（1）管道輸量允許范圍內(nèi)安全停輸時(shí)間范圍為36-48小時(shí)，不管是事故停輸，還是計(jì)劃停輸，管道停輸時(shí)間均不能長(zhǎng)于安全停輸時(shí)間。

（2）管線停輸時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，再啟動(dòng)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，防止因?yàn)橥］敃r(shí)管線內(nèi)部分存油膠凝，管道再啟動(dòng)發(fā)生困難，對(duì)管線的安全運(yùn)行造成威脅，降低管線使用壽命。

（3）做好場(chǎng)站供電線路、變頻器等電氣設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，及防雷接地工作，降低在夏季打雷、下雨等惡劣天氣中管道停輸頻次。

（4）做好管道沿線的巡護(hù)工作，及時(shí)將管線裸露、埋深變淺的地方進(jìn)行回填，保證管線時(shí)刻處于凍土層以下，避免管道局域性溫降過(guò)大，原油產(chǎn)生膠凝現(xiàn)象，造成管道停輸再啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)壓力增大，對(duì)管道再啟動(dòng)帶來(lái)困難。

（5）加大在變頻器等設(shè)備日常操作、簡(jiǎn)單故障處理方面的培訓(xùn)力度，盡最大努力減小停輸時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1]楊筱蘅，張國(guó)忠.輸油管道設(shè)計(jì)與管理.第一版.石油大學(xué)出版社，2004：23-57.

[2]李小玲，田西寧.埋地?zé)嵊凸艿腊踩］敃r(shí)間近似計(jì)算方法.管道技術(shù)與設(shè)備.（2009）01-0014-02.

[3]阿爾帕金B(yǎng)M，克里沃舍因，尤芬BA.原油和油品管道的熱力與水力計(jì)算.北京：石油工業(yè)出版社，1986.

（作者單位：長(zhǎng)慶油田分公司第三輸油處）