低地溫環境下0#柴油輸送技術研究

劉艷東 劉紫微 邸俊杰 石詠衡 崔娜 秦琴

1中國石油天然氣管道工程有限公司

2北京東方華智石油工程有限公司

3國家管網集團生產經營本部（油氣調控中心）

我國西南地區0#柴油市場消費量大，但部分地區由于多年凍土的存在，制約著0#柴油管道輸送，0#柴油主要以鐵路運輸為主，在新建某西南成品油管道之際，有必要對低溫環境下0#柴油輸送技術進行研究，解決低地溫環境下管道輸送0#柴油的問題，緩解鐵路運力緊張局勢，降低輸送能耗和損耗，保護生態環境，提高管道輸送效益。0#柴油低溫環境下，柴油中的正構烷烴以蠟晶的形式析出，柴油流動性變差甚至凝固。目前國內北方地區已開始嘗試用低凝點柴油調和方式進行輸送0#柴油[1]，但工程實踐表明，該方法成本較高，降凝效果不顯著。本文以通過西南成品油管道工程為例，對0#柴油“降凝加保溫”輸送方案的研究制定過程進行總結，以為后續工程設計提供借鑒。

1 0#柴油管道輸送影響因素分析

柴油之所以在低溫下失去流動性，是由于低溫下，高熔點的石蠟烴以針狀或片狀結晶析出并相互粘接，形成三維網狀結構，將低熔點油吸附并包于其中，猶如吸水的海綿，致使整個油品喪失流動性[2]。通過對格爾木煉廠和蘭州石化煉廠的0#柴油油樣分析，柴油輸送不僅與油品的凝點有關，而且與柴油的冷濾點密切相關。不同實驗溫度下蘭州煉廠和格爾木煉廠0#柴油析出量見表1、圖1。

表1 不同溫度下0#柴油析出量實驗結果Tab.1 Experimental results of 0#diesel oil precipitation at different temperatures

圖1 不同溫度下0#柴油析出量Fig.1 Precipitation of 0#diesel at different temperatures

在實際工程方案制定時，應首先通過實驗掌握管道輸送0#柴油的物性，重點是掌握冷濾點和凝點，因為不同煉廠生產的0#柴油物性也不同，需要先通過實驗確定管道輸送的0#柴油具體的冷濾點和凝點。實驗結果證明，蘭州煉廠的0#柴油在≤2 ℃的環境溫度下會有少量結晶析出，由此可得出即使0#柴油的凝點低于0 ℃的情況下，也會因為冷濾點高造成0#柴油在低溫環境下的析出，從而造成油品在管道中凝結，影響管道輸送。

2 降凝劑的選用

添加降凝劑是目前改善柴油低溫流動性能的高效方法[3]，少量的降凝劑就能改善蠟的結晶過程[4]，抑制蠟晶的生晶和生長，使蠟晶形成小顆粒而很難聚集，進而改善柴油的低溫流動性能，使其凝固點和冷濾點滿足柴油的應用指標。不同降凝劑類型、不同添加量，0#柴油冷濾點降低值不同，工程實踐中應對比不同降凝劑的降凝效果，為方案比選和降凝劑選用奠定基礎[5]。

某西南成品油管道工程針對不同種類的降凝劑做了實驗比對，分別選用某實驗室自制的柴油降凝劑TM降凝劑、市售的EVA降凝劑和國外1800型降凝劑，三種降凝劑不同加劑量下對蘭州石化煉廠和格爾木煉廠生產的0#柴油冷濾點影響見表2[6-8]。

表2 不同降凝劑及加劑量下0#柴油的冷濾點Tab.2 0#diesel oil cold filter point with different pour point depressants and different dosages ℃

3 加劑方案選取

3.1 輸送方案

確定0#柴油最低輸送溫度（對應不同加劑量）、保溫層厚度組成多個技術方案進行技術經濟比選[9]。方案選取時需綜合考慮以下因素：

（1）0#柴油輸送溫度選取的越低，需要添加的降凝劑量越大，加劑費用越高，成本支出越大。

（2）0#柴油輸送溫度選取的越高，需要添加的降凝劑量越小，成本小，但可能導致方案不可行或者需要加熱輸送。

（3）保溫層厚度取值越大，管道與土壤間總傳熱系數越小，越利于0#柴油輸送，但投資較高。

以西南某成品油管道為例，根據工程經驗選取9種輸送方案（表3）。

表3 0#柴油輸送方案Tab.3 0#diesel transmission schemes

由表3可知，該成品油管道以輸送蘭州石化0#柴油為主，加劑為TM 劑，因此，表中加劑量及冷濾點值取加TM 劑為實驗數據，輸送溫度高于冷濾點1 ℃。保溫材料選用導熱系數低、絕熱性能好、機械強度高、物理化學性能穩定、吸濕率小的材料，推薦采用硬質聚氨酯泡沫材料制品，導熱系數為0.027 W/m·K（25 ℃）。由于多年凍土的存在，應盡量避免采用加熱輸送方式。

3.2 水力、熱力校核方案

利用國際通用的SPS 軟件對選取的9 個方案進行計算校核，通過水力、熱力計算結果確定方案的可行性。主要考慮的因素為是否需要設置熱站進行加熱輸送，如果設置熱站，需要計算出相應的加熱負荷，根據加熱負荷計算出熱站投資和運行燃料費用，用于經濟比選。以方案1為例，進行水力、熱力校核[10-19]，方案1 校核結果見表4、圖2。加劑處理、最低輸送溫度為2 ℃，線路保溫，保溫層80 mm，加熱輸送。

表4 方案1管道沿線各站計算參數Tab.4 Calculation parameters of each station along the pipeline in Scheme 1

圖2 管道沿線溫度分布Fig.2 Temperature distribution along pipeline

根據方案一的水力、熱力模擬結果，按照最低輸送溫度為2 ℃進行輸送時，2#泵站、3#泵站和4#泵站需要設置加熱爐以滿足輸送要求。

3.3 技術經濟比選

對不同方案費用現值進行比選，費用現值包括建設投資和運行成本，建設投資包括保溫層投資、加熱站投資；運行成本包括加劑費用、加熱耗用燃料費用。費用現值最低的方案確定為最優方案，同時，應盡量避免采用加熱輸送方案，減少對永凍土的破壞，保護生態環境。9個方案的費用現值比選見表5，其中方案7費用現值最低，為最優方案。

表5 不同輸送方案的費用現值比選Tab.5 Comparison of cost present value for different transportation schemes

確定最優方案后，即確定了以下關鍵指標：

（1）0#柴油最低輸送溫度，-2 ℃，對應的TM降凝劑加劑量為600 mg/L。

（2）保溫層厚度為80 mm，多年凍土段全段保溫。

4 加劑方案設置方法

（1）加劑位置的確定。長輸管道距離較長，0#柴油從首站輸送至末站需要一定的時間，因此，需要通過實驗確定降凝劑的穩定性，根據降凝劑穩定性，考慮是否在沿線站場設置加劑裝置[20]。西南某成品油管道加劑后0#柴油穩定性見表6。

表6 調和、加劑后0#柴油穩定性Tab.6 Stability of 0#diesel after blending and adding

通過實驗可得出，加劑后的0#柴油室溫靜態儲存4 周，冷濾點無變化，儲存5 周，冷濾點有1 ℃的回升，可判斷降凝效果可持續約28 天左右；管道投產初期往往流速最小，0#柴油從首站至末站時間最長約22 天。因此，在管道首站設加劑裝置即可，但需選取在沿線站場必要位置設手動取樣口及加劑預留口，以在管道運行期間取樣分析，確定降凝劑在0#柴油實際輸送過程中的應用效果，如果效果較實驗數據有所降低，可在加劑預留口的位置補設加劑裝置。

（2）加劑流程的確定。降凝劑可以先與0#柴油進行預混，充分混合后，通過加劑泵（計量泵）按加計量注入到管道中。要根據加劑量確定加劑泵的流量，根據管輸0#柴油運行壓力確定加劑泵的揚程[21-23]。攪拌罐設置2 座，1 座用于摻混攪拌，1 座用于注入，加劑泵也應設置2 臺，1 用1 備，提高運行可靠性，加劑橇流程見圖3。

圖3 加劑橇流程Fig3 Process of dosage-adding skid

5 結束語

目前國內北方地區嘗試用低凝點柴油調和方式進行0#柴油輸送，但工程實踐表明，該方法成本較高，降凝效果不顯著。本方法通過對低溫環境下0#柴油輸送影響因素進行分析，詳細論述了降凝劑選用，加劑方案選取、加劑方案技術經濟論證及加劑方案設置方法的全過程研究，可指導管道低溫環境下0#柴油輸送方案設計，實現低溫環境下0#柴油的常溫輸送，處于永凍土區的管道可減少對永凍土的破壞，保護生態環境，實現低溫環境下管道0#柴油的安全、平穩、經濟輸送。