莊西線原油黏溫特性及加熱輸送工藝研究

潘俊宏，劉東海

（中國石油長慶油田分公司第十二采油廠，甘肅合水 745400）

輸送過程中的摩阻壓降影響熱力費用及輸油成本，莊西線所輸原油黏度較低，在輸送過程中存在兩方面的能量損失[1-3]，其中散熱損失起決定因素，輸送溫度的高低決定了黏度的大小，油品的黏度又決定了摩擦損失的大小，因此輸送溫度的選擇對管內油品的安全輸送尤其重要，為了進一步做好節能降耗的工作，保證莊西線高輸量安全經濟運行，有必要對原油的黏溫特性，摩阻損失進行實驗研究，它可為原油管道安全經濟輸送方案的制定提供基礎的理論依據。

1 實驗方法

1.1 實驗方法

為了保證所取原油樣具有代表性，在固城莊一聯外輸首站泵房現場取樣，分別裝入塑料桶密封保存待用。在室溫條件下靜置冷卻48 h以上，作為實驗的基礎油樣，35℃預熱處理后，在35℃～65℃溫度下，用大連智能儀表有限公司生產的GB/T265毛細管黏度計和恒溫水浴開始測試油樣的黏溫特性，溫度間隔10℃。將裝好油品的黏度計浸在恒溫液體內15 min后，觀察樣品在管身中的流動情況，液面正好達到上標線時，開動秒表，在液面正好流到下標線時，停住秒表，記錄下流動時間，連續記錄4次，其中各次流動時間與其算術平均值的差值不超過平均值的±0.5%，取算術平均值作為該點樣品的流動時間[4，5]。在溫度t時，樣品的運動黏度為：

式中：C-黏度計常數，mm2/s2；Tt-樣品的平均流動時間，s。

動力黏度為：

式中：ρt-在溫度 t時，試樣的密度，g/cm3。

1.2 黏溫特性實驗結果與分析

油樣在不同溫度下的黏度（見表1）。

表1 油樣在不同溫度下的黏度

油品的黏溫特性關系，大都在實驗室測定的基礎上，總結其經驗關系式，在牛頓流型的溫度范圍，國外曾推薦多種黏溫關系經驗公式，在這里采用兩個常數的關系式：

式中：μ-溫度 T 時油瓶的動力黏度，mPa·s；T-油溫，K；A、B-常數。

對實驗數據進行線性回歸，用最小二乘法求線性回歸方程系數（見表2）。

表2 油樣的黏度方程計算結果

圖1 黏溫關系線性回歸結果

從圖 1可以看出，常數 A=-5.302 7，B=2.196 4，將常數代入上式則得到油樣的黏溫方程：

從圖1中可以看出判定系數R2=0.995 6說明所回歸的黏溫方程對實驗所測數據擬合程度高，實測原油的黏溫關系曲線（見圖2），從圖2可以看出油樣的黏度隨著溫度的降低呈乘冪關系上升。

2 熱油管道摩阻研究與分析

莊西線長輸管道全長62 km，其摩阻主要是沿程摩阻，中間路過一個加熱站，忽略局部摩阻的影響，先判斷流態計算出雷諾數，根據我國油田大多數含蠟原油30℃以上為牛頓流體特性，可得以下關系式：

式中：ε=0.2 mm，流態為紊流光滑區。

用平均油溫計算法即按管道起終點的平均溫度下的油流黏度，用等溫輸送的方法計算一個加熱站間的摩阻。

莊西線油流的平均溫度：

式中：TR、TZ-莊西線起、終點溫度，℃。

圖2 原油的黏溫關系曲線

由黏溫曲線查出溫度為Tpj時的油流黏度：

綜合摩阻列賓宗公式：

沿程摩擦阻力壓力損失Δp=ρjh=5.58 MPa。

紊流減阻效果的影響因素：用與原油互不相溶的低黏液體來分散原油或使其與管壁隔開。常用加減阻劑輸送的工藝，減阻劑的相對分子質量大，其主鏈越長，減阻效果越好，它與原油質點的相互作用可使旋渦減弱，層流邊層加厚，流體的紊亂程度減緩，減少了能量耗散，使摩阻下降，但受雷諾數影響，只有達到一定數值后，減阻劑的減阻作用才顯示出來，低于此雷諾數或在層流流態，減阻劑不起作用。所以日常管理中要掌握控制原油外輸流態，才能有效的使用減阻劑。

3 結語

（1）通過實驗數據回歸了莊西線原油的黏溫方程。通過判定系數R2的計算結果可知，所回歸的黏溫方程對實驗所測數據的擬合程度較高。為變黏度流體流動特性研究提供了可靠方法和手段。

（2）控制好管路流體剪切力及外輸壓力，對減阻劑的使用也是重要的。長輸管路流態盡量控制在水力光滑區，雷諾數＜70 000，流態相對平穩，能耗與管理難度相對較低，排量應控制在300 m3/h以內。輸送溫度控制在45℃左右，確定外輸壓力控制范圍，使管道能耗最低，通過摩阻計算外輸壓力，黏度，排量控制雷諾數，有效監控管道參數，保證平穩外輸。

2040年天然氣將成為全球第二大能源

英國石油（BP）表示，未來20年全球能源供應增長的絕大部分將來自可再生能源和天然氣；盡管如此，仍需要對石油探勘和生產進行大規模投資，方能滿足全球2040年的原油需求。BP在年度能源展望報告中認為，包括風力、太陽能、地熱、生物質和生物燃料在內的可再生能源和天然氣在2040年前將占全球能源增長的85%；可再生能源每年增長7.1%，到2040年占主要能源的比例將從目前的4%增至15%。天然氣則預計每年增長1.7%，在2040年超越煤炭成為全球第二大能源來源，并將和原油一較高低。

（摘自中國化工信息2019年第5期）