含蜡原油启动特性大型环道试验研究.DOC

含蜡原油启动特性的大型环道实验研究 崔秀国 艾慕阳 姜保良 张立新 （中国石油管道公司科技研究中心） 河北省廊坊市金光道51号 xgcui@ (0316)2076109 含蜡原油管道的停输再启动，与管道的安全运行密切相关。其一直是我国油气储运界面临的主要技术难题。因含蜡原油管道的启动，涉及到原油的低温流变性和压力波在管道内的传递等诸多因素，故对于原油管道的启动进行准确的计算预测存在很大的难度。从安全的角度，不可能在生产管道开展大量实验，而借助室内小型环道和流变仪进行的实验测量又与现场管道的实际情况存在较大的差异，因而对于这一问题长期以来一直缺乏有效的研究手段。大型环道依托生产管道而建，其运行的条件与生产管道基本一致，可对生产管道的停输再启动进行全过程模拟，为这一问题的解决提供了有力的保障。借助大型环道，首次在与生产管道等同的条件下，对于原油（尤其是凝点温度附近的胶凝原油）的启动特点以及相关影响因素进行了细致的实验分析。实验表明，油温越低、启动流量越大则启动压力峰值越明显，故生产管道的启动流量不宜太大；环道测试的东北管网管输原油的屈服值要小于室内流变仪的测量值；油温越高则启动压力波在管内的传递速度越大。大型环道实验所得到的启动压力、原油屈服值、压力波速等大量的数据，以及各因素对启动过程定量的影响程度，对于停输再启动的计算研究具有重要参考价值。 主题词　含蜡原油　　启动特性　　大型环道　　实验 1. 前言 我国所产原油80％以上为凝点较高的含蜡原油。目前含蜡原油多采用加热管输的方式[1]。在热油管道的运行过程中，不可避免地会因计划性或事故性的原因而发生停输。原油管道的停输再启动，一直是管道安全运行的核心技术问题。多年以来，这一问题一直未能得到很好地解决。究其原因，一方面是由于停输再启动过程复杂且影响因素众多，其理论计算模型需要通过现场实验的检验和修正。但受安全运行条件的限制，不可能在生产管道上开展大量的实验。另一方面，对于管道启输过程的研究，涉及低温胶凝原油复杂的流变特性，而对于原油屈服性和触变性等的测量和数学描述方法仍不能准确反映工程实际。例如，以前对于原油的流变性多采用流变仪或小型环道进行室内测量，但生产管道的原油取回室内后其所经历的热历史和剪切历史必然受到破坏，因而所测得的数据以及根据室内实验而建立的数学模型与生产管道存在一定的差别。为解决原油管输过程中诸多问题，在中国石油管道公司在秦京输油管道宝坻泵站建立了大型实验环道。环道的用油直接取自生产管道，同时环道的测量段采用了与生产管道一致的埋地敷设方式，故与室内仪器测量以及小型环道试验相比，该试验环道所取得的数据更贴近于生产实际。同时，由于环道配置大功率的机泵和高精度的测量仪表，因而可不受安全运行的限制，开展现场条件下的停输再启动实验研究。 2. 大型实验环道简介 大型实验环道由DN300和DN150两套环路系统构成，设计压力均为2.5MPa。环道测量管段均为埋地敷设，其中DN150测量管段长327米，DN300测试管段长334米，两个测量管段，可分别独立地进行各项试验。为减小过泵剪切的影响，环道选用了双螺杆泵。环道配置了高精度的罗斯蒙特压力和温度传感器，测量精度达到了0.04％，量程比100:1，响应时间为100ms， 图1 大型试验环道示意图 通过宝坻泵站进站管线，将东北管到所输大庆与俄罗斯混油引入大型实验环道。利用大型环道对东北管道管输原油的启动特性开展了细致的试验研究。 3. 启动压力的变化规律分析 由于环道配置了大扬程螺杆泵，可开展在生产管道无法实现的低温原油启动特性的实验测试。在启动实验中，最低的启输温度曾做到了28℃（原油凝点为29℃）。同时对于启动过程中管道压力的变化进行了测定。实验分析表明，在启动过程中，将会首先对在管道中由于停输温降而产生的空隙进行充填，并且压力将会达到一个峰值。然后，在泵压的作用下，呈现屈服性的原油段，将完成屈服裂解。而后，测量段的原油开始流动，从而压力开始缓慢下降。图2清楚地显示出了启动过程中测量段压降的这一变化过程。 图2 　32.0℃油温下启动过程测量段压降变化 4. 启动压力的影响因素分析 管内原油的温度、原油的低温流变性、启输流量等众多的因素都会对管道启输压力的峰值及其变化过程产生影响。 4.1管内不同油温的影响 当停输时间较短，管内油温较高时，只要提供的压头可以克服管道的高程差，管内原油就可恢复流动[2]。随着油温的降低，原油将呈现出越来越强的屈服性，在这种情况下当施压而生产的剪切应力大于原油的屈服应力时，原油才会流动。而当油温达到显触点以下时，原油会呈现出触变性，在施压启动过程中原油将经历屈服、裂降过程，当施加的剪切应力大于原油残余结构应力时，原油才会流动。 图3 不同油温下启动过程