長輸管線輸差分析及對策研究

潘俊宏，劉東海，屈靜

(中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司 采油十二廠， 甘肅 慶陽 745400)

關鍵字： 長輸管線；輸差；因素；對策

某油田生產集輸的原油，其輸送方式主要有管道輸送和汽車運輸兩種，其中管道輸送是重要的運輸方式。莊二聯外輸站管線輸送計量采用金屬刮板流量計，精度為0.2級，每半年標定一次。輸送量為1.2×103m3/d，原油含水率在0.2%左右，由于在計量交接過程中，輸差不可避免，給交接油雙方帶來一定的影響，因此，如何降低油品輸差，降低油品損失量是原油交接工作中的重中之重。

1 輸差變化

2020年油品輸差變化趨勢如圖1所示。

圖1 油品輸差變化示意

由圖1可看出，3月份以后的時間段輸差基本是在20 m3左右，且基本都在水平線以上，可知基本保持在正輸差上。截止9月份輸差累計達到4 678 m3，其中不排除含水率偏高及外部因素影響，平穩狀態時的輸差也不在正常范圍波動。本文從排量、溫度、計量儀表、管存量、氣體溶解度等影響因素分析，找出管線正常的輸差量。

2 基于管線中流態分析運行特點

該外輸站輸送介質為凈化油與少量氣體，含水率一般在0.2%以下，管線全長22.85 km，管徑為168 mm ，壁厚為2.75 mm。采用密閉油品連續介質流體的流態判別標準雷諾數計算，如式(1)所示：

(1)

式中：v—運動黏度，m2/s；d—管線內徑，m；qV—管路中原油的體積流量，m3/s。

(2)

式中：v—流體平均速度，m/s；L—管道長度，m；g—重力加速度， m/s2。

由式(2)可知，壓力能消耗主要用于克服地形高差的位能。分析流態的穩定性，加上油氣混合液在流動過程中由于氣體的溶解性，壓力、溫度損失等動態因素，在正常運行時，需保證平穩的排量，減少壓能消耗，使外輸液流在管線保持相對均一的流動狀態。

3 影響管線輸送誤差的因素

3.1 測量溫度對輸差的影響

該管線首站至末站，溫度降低6 ℃左右，壓力損失約2.6 MPa，外輸液流平均速度為0.8 m/s。末站在管線溫度、壓力方面均發生了變化，因而流量計計量數據也產生了差異。在液量輸差計算時，應考慮溫度和壓力對液體體積的影響，將首末站計量數據統一到標準狀態下的體積Vn，計算如式(3)所示：

Vn=VtMFCpiCti

(3)

式中：Vt—流量計累積體積，m3；Cti—原油體積溫度修正系數，查表可得；Cpi—原油體積壓力修正系數；MF—流量計系數。

以首站流量計體積值為參照，在末端流量計體積值的基礎上修正后進行輸差對比，影響量為V首-V末。流量計計量參數影響見表1所列。其中F為空氣浮力修正系數；pe為原油飽和蒸氣壓。

表1 流量計計量參數影響

3.2 泵排量對液量輸差的影響

泵排量與輸差量的對比如圖2所示。

圖2 泵排量與輸差量對比示意

由圖2可知，管線輸差的變化與泵排量變化存在一定的關系。當排量qV=62.5 m3/h時，運行產生的輸差最小，可以推斷泵排量越大，輸差量越小，故排量與管線的充盈程度成正比關系。

3.3 流量計本身的檢定范圍對輸差的影響

流量計在標定時根據實際生產需要在常用點與上下浮動50%范圍內進行三點標定后，與標準體積管對比也存在一定的正負誤差，并且在實際運行中誤差值呈規律性向負偏差方向變化，當技術人員檢定后調整流量計參數，就有可能出現較大的輸差波動，所以要根據檢定范圍和標定前后誤差分析輸差值增減是否正常，從而推算檢定前后輸差允許變化的值來判斷是否合理。

3.4 管線存油量對輸差的影響

由于地形地貌不同、輸送站所處位置高度不同、管線距離長，因此在調整輸量后隨著管道溫度和管壓等的動態變化，導致管線本身的存油量引起變化，在輸量改變后，管線需要重新達到一個系統平衡，從而出現輸差的較大波動。有以下兩種情況：

1)2 h以內的啟停后輸量未變化，管線減少的管存量即為停輸后到啟輸前末站收到量，可排除外部因素影響，啟輸后的系統平衡后輸差與停輸前大概一致。

2)2 h以上的啟停后輸量變化，需考慮系統壓力、溫度等參數變化前后的管線重新計算，在當前溫度θ和壓力p下管段的管容計算如式(4)所示：

(4)

式中：β—鋼管的體積膨脹系數，3.3×10-5/ ℃；δ—管道壁厚，m；E—鋼管的楊氏彈性模量，2×105MPa；V1—原管線存油量，m3；θpj—當前系統溫度， ℃；ppj—當前系統壓力，MPa。

根據式(4)可計算出啟停變化前后的管線管容的增減量，如果變化量為正值，則在恢復正常外輸后用末站收到的量加上變化量；如果變化量為負值，則在恢復正常外輸后用末站收到的量減去變化量。

3.5 氣體對輸差的影響

原油通過三相處理后進凈化罐再外輸，儲罐中的原油為脫氣原油，實際外輸過程中一般存在原油和天然氣兩相混流狀態，在某一壓力和溫度下，原油中溶解了天然氣較重的組分，使液相增加，密度下降，黏度降低。因而油氣兩相混輸管路內，氣液兩相的輸量和物性沿管長而變化，是管路壓力和溫度的函數。溶氣原油體積與脫氣原油體積比大于1，也是導致輸差產生的因素之一。 首末站氣體輸差影響量計算如式(5)所示：

V=V0[0.972+0.000 147(2.25θ+40)1.175]

(5)

式中：V0—脫氣原油的輸量，m3；θ—當前溫度， ℃。

3.6 容積式流量計漏失量對輸差的影響

容積式流量計為該公司主要使用原油交接流量計，其中刮板式最多，精度較高，穩定性較好。原理是流體通過流量計，會在流量計進出口之間產生一定的壓力差。流量計的轉子在該壓力差作用下產生旋轉，并將流體由入口排向出口，它們與殼體內壁之間始終保持著緊密接觸，當被測油品流經流量計時，有一小部分油品就會從兩轉子間及刮板與殼體內壁的間隙流過，這部分油品雖然流經流量計，但沒被流量計計量，從而產生漏失量。漏失量隨黏度不同而異，當高黏度流體流經儀表時，漏失量變小，因此原油黏度對測量精度也是有一定影響的。由于原油在輸送過程中通常需要加溫，所以即便是同一種原油，其黏度也可能隨溫度的降低而增加，上下游流量計自身漏失量的變化也會導致輸差的產生。

4 解決方法的探討

綜上所述，結合原油計量中出現的問題，提出如下幾點解決方案：

1)加強外輸動態管理，盡量遵循流量計的運行參數，保持標定時的運行溫度和輸油量。選擇的流量計，其型號應與現場流程、泵排量相匹配，提高系統計量精度。從溫度、排量、管存量、氣體溶解度、流量儀表本身及漏失量六個方面合理及時分析判斷輸差變化是否正常。

2)控制系統含水率，保證原油交接平穩運行。

3)實時監控運行參數，研究泵送壓力、外輸溫度及排量的最優數值，從而找到適合液流狀態的最佳流速。當雷諾數小于臨界值時的水力光滑區時，液流速度應控制在3 m/s，外輸排量在55～65 m3/d；外輸溫度的優化根據流量計標定時的油溫，控制外輸溫度在標定點溫度34～40 ℃，下游進站溫度控制在28 ℃以上，保證外輸系統的溫度要求。

4)按照流量計運行特性，首站標定誤差宜控制在正誤差方向。

5 結束語

通過六方面的因素對輸差進行現場監控和運行參數分析，讓現場管理人員了解運行參數能夠及時進行正確判斷，從而排除外部影響因素，為日常的生產運行管理與管道安全提供了可靠的依據，保證了外輸系統的經濟合理運行。