大慶油田北十五聯(lián)輸油管線結(jié)蠟現(xiàn)狀及預(yù)防措施探討.
滕福全
摘 要針對(duì)北十五聯(lián)輸油管線現(xiàn)狀，結(jié)合日常管理，提出預(yù)防結(jié)蠟的措施。根據(jù)油溫與管壁結(jié)蠟強(qiáng)度的關(guān)系，掌握好輸油溫度；根據(jù)外輸管線的結(jié)蠟情況，合理選擇外輸含水油的輸量；提高外輸油的含水率；對(duì)結(jié)蠟的輸油管線，可使用化學(xué)添加劑防蠟或利用摻水系統(tǒng)提高輸油溫度。通過(guò)采取切實(shí)可行的措施，確保聯(lián)合站的安全生產(chǎn)。
主題詞 節(jié)約能源 安全生產(chǎn) 預(yù)防管線結(jié)蠟 延長(zhǎng)管線使用壽命

1前言
近年來(lái)，北十五聯(lián)的輸油管線回壓緩慢升高。以21#放水站為例，1998年投產(chǎn)初期，正常輸量情況下外輸回壓在0.25—0.30MPa，中期約為0.30—0.40MPa，而現(xiàn)在已達(dá)到0.40—0.50MPa。特殊情況下，如來(lái)液量多，泵排量大時(shí)，外輸回壓要超過(guò)0.60MPa以上，致使緩沖罐液位上升，液位打不下去，造成外輸油困難。為此，要分析回壓升高的具體原因，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施和解決辦法。
2外輸回壓升高的原因分析
外輸回壓升高的原因一是北十五聯(lián)脫水轉(zhuǎn)油站游離水脫除器的壓力控制略高，或轉(zhuǎn)油站來(lái)液增多造成。二是21#放水站輸油溫度較低和含水率造成外輸油粘度升高。三是21#放水站至北十五聯(lián)Φ273×7mm輸油管線，在進(jìn)入北十五聯(lián)來(lái)油閥組的Φ219×7mm管線的變徑轉(zhuǎn)彎處，有可能堵塞或結(jié)蠟。四是自1998年10月投產(chǎn)至今，已有11年多，在各種不正常的輸油生產(chǎn)情況下，造成了外輸管線內(nèi)壁的結(jié)蠟。此種原因比較復(fù)雜，管內(nèi)壁結(jié)蠟的可能性較大。由于外輸油溫的因素，使油溫在接近析蠟點(diǎn)或析蠟點(diǎn)區(qū)間運(yùn)行中，加上外輸排量控制不平穩(wěn)，極易使管線內(nèi)壁結(jié)蠟。特別是在較小排量下輸送，管道沒(méi)達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，油流流速過(guò)小，在層流狀態(tài)下輸送，造成了剪切速率過(guò)低，原油中的蠟晶極易析出，粘附在管道內(nèi)壁上。當(dāng)油流的流速在0.7m/s時(shí)，析蠟溫度為30—35℃。即使在正常的排量下外輸，也會(huì)由于外輸溫度的逐漸降低，在管線末端，當(dāng)油溫低于析蠟點(diǎn)時(shí)，原油中就析出固體蠟晶，粘附在管內(nèi)壁上，形成厚度不均勻的結(jié)蠟層，使管線內(nèi)徑逐漸變小。
21#放水站輸油溫度一般都在40℃以下，特別在冬季輸油時(shí)，管線周?chē)��?a href='http://www.jinnzone.com/tura/' target='_blank'>土壤溫度較低，那么輸油管壁的溫度也較低，管內(nèi)壁越容易結(jié)蠟。
3管線內(nèi)壁結(jié)蠟的判斷方法
3.1 從地下管線總傳熱系數(shù)判斷管線的散熱和結(jié)蠟情況
當(dāng)管線保溫良好或油溫接近周?chē)�地下土壤溫度時(shí)，管線的散熱量較小。但21#放水站距北十五聯(lián)有800m的距離，不屬于熱油管線輸送，但埋地管線已運(yùn)行11年多了，保溫層也不可能保溫的很好，實(shí)際運(yùn)行中，在終點(diǎn)一定要有溫降。但從現(xiàn)場(chǎng)觀察到的實(shí)測(cè)起終點(diǎn)溫度來(lái)看，夏季起終點(diǎn)溫度在36℃，冬季起終點(diǎn)溫度在39℃，幾乎沒(méi)有溫降。從這一點(diǎn)判斷，管內(nèi)壁周?chē)�可能結(jié)了蠟層，這層蠟層熱阻很大，起到了很好的“保溫層”的作用。
3.2 計(jì)算管內(nèi)徑當(dāng)量法判斷結(jié)蠟情況
管線在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中，由于種種原因會(huì)出現(xiàn)不正�，F(xiàn)象，相同排量下外輸回壓增高，有時(shí)甚至蹩泵打不出油去，排除了其它原因和機(jī)械故障外，最后的判斷就是這條管線可能結(jié)蠟了。
首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄取的流量、管徑及在該輸送溫度下的粘度，求出雷諾數(shù)來(lái)判斷流態(tài)。油田輸油管線一般都在紊流光滑區(qū)。選擇計(jì)算公式，由流態(tài)確定各項(xiàng)系數(shù)，最后計(jì)算出管線的當(dāng)量直徑。
下面以21#放水站外輸管線為例，計(jì)算管內(nèi)結(jié)蠟情況。根據(jù)表1，以160m3/h的排量為例，計(jì)算過(guò)程如下：
h=βQ(2-m).vm.L/d（5-m）
h：摩阻損失，m；
β：流態(tài)確定的指數(shù)；（紊流光滑區(qū)β取值0.0246，m取值0.25）
Q：流量，m3/s；
v：運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s；
d：管線內(nèi)徑，m；
L：管線長(zhǎng)度，m。
 

再與Φ273×7mm為光管時(shí)內(nèi)直徑相減除以2得出平均結(jié)蠟厚度
g=（d-d當(dāng)）/2=（(259-205)/2=27mm
根據(jù)表1各流量下計(jì)算的結(jié)果可知，內(nèi)徑為259mm的Φ273×7mm管線到現(xiàn)在已變?yōu)橹睆郊s為205mm左右的Φ219×7mm的管線了。
21#放水站Φ273×7mm輸油管線（800m）結(jié)蠟計(jì)算結(jié)果 表1
日期 排量m3/h 起點(diǎn)
壓力MPa 終點(diǎn)壓力MPa 壓差MPa 輸油溫度℃ 平均油溫下純凈化油粘度 m2/s 平均油溫下含水（1%）原油粘度m2/s Φ273管線內(nèi)徑 現(xiàn)管內(nèi)當(dāng)量?jī)?nèi)徑
mm 結(jié)蠟厚度mm
20100410 160 0.48 0.36 0.12 37 0.000033 0.000033818 259 205 27
20100418 200 0.52 0.34 0.18 35 0.000035 0.000035868 259 205 27
20100419 154 0.48 0.37 0.12 35 0.000035 0.000035868 259 204 27.5
20100419 194 0.58 0.38 0.20 35 0.000035 0.000035868 259 198 30.5
20100421 182 0.50 0.34 0.16 34 0.000036 0.000036893 259 203 28
20100501 185 0.52 0.36 0.16 38 0.000032 0.000032793 259 202 28.5

21#放水站Φ273×7mm輸油管線（800m）壓降比原來(lái)增加的倍數(shù) 表2
排量
m3/h 原來(lái)壓降
MPa 現(xiàn)在壓降
MPa 壓降增加
的倍數(shù)
160 0.04 0.12 3.1
200 0.06 0.18 3.0
154 0.04 0.12 3.1
194 0.06 0.20 3.6
182 0.05 0.16 3.2
185 0.05 0.16 3.2
為了解和掌握北十五聯(lián)地區(qū)輸油管線的運(yùn)行情況，把北十五聯(lián)至北二一的外輸凈化油管線（φ273×7mm）在現(xiàn)階段的運(yùn)行參數(shù)及結(jié)蠟情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，加以分析和判斷，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題。
北十五聯(lián)至北二一外輸凈化油Φ273×7mm管線運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)表 表3
排量 m3/h 起點(diǎn) 壓力 MPa 終點(diǎn)壓力MPa 壓降 MPa 起點(diǎn)溫度℃ 終點(diǎn)溫度℃ 溫降℃ 平均溫度℃ 平均溫度下粘度m2/s Φ273×7mm內(nèi)徑mm 現(xiàn)管內(nèi)當(dāng)量?jī)?nèi)徑
mm 結(jié)蠟厚度mm
240.30 0.331 0.073 0.258 46.1 42.8 3.3 43.9 0.0000265 259 249 5.0
233.93 0.327 0.072 0.255 45.0 41.8 3.2 42.8 0.0000270 259 247 6.0
227.27 0.300 0.073 0.227 44.1 41.0 3.1 42.0 0.0000280 259 251 4.0
213.84 0.293 0.070 0.223 44.0 40.7 3.3 41.7 0.0000280 259 247 6.0
191.34 0.250 0.069 0.181 47.0 42.8 4.2 44.1 0.0000265 259 247 6.0
181.55 0.236 0.066 0.170 46.2 42.0 4.2 43.4 0.0000270 259 246 6.5
176.60 0.227 0.070 0.157 45.3 41.2 4.1 42.5 0.0000270 259 247 6.0
150.19 0.194 0.067 0.127 46.2 41.2 5.0 42.8 0.0000270 259 244 7.5
125.06 0.159 0.067 0.092 46.2 40.4 5.8 42.3 0.0000280 259 243 8.0
119.77 0.160 0.074 0.086 44.5 38.9 5.6 40.7 0.0000290 259 244 7.5
96.66 0.129 0.067 0.062 46.2 39.0 7.2 41.4 0.0000290 259 242 8.5
根據(jù)表3統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)階段北十五聯(lián)至北二一φ273×7mm輸油管線暢通，管內(nèi)壁結(jié)蠟輕微，運(yùn)行正常。外輸油管線的優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)為，原油管線進(jìn)站油溫比原油凝固點(diǎn)高2—3℃最優(yōu)，但為了避開(kāi)結(jié)蠟高峰區(qū)，取進(jìn)站油溫在析蠟高峰區(qū)之上。所以，對(duì)于北十五聯(lián)凈化原油外輸?shù)淖罴殉稣緶囟葹?9℃，去掉沿程溫降約4℃左右，到終點(diǎn)北二一站的溫度為45℃為佳。
根據(jù)目前北十五聯(lián)的外輸量，在180—190m3/h左右，由表3看出，在此排量下終點(diǎn)溫度為42—43℃左右。這個(gè)溫度既在析蠟點(diǎn)，又在蠟溶點(diǎn)之內(nèi)，從多方面講這個(gè)溫度是比較安全的。
4管線結(jié)蠟的危害
4.1管線結(jié)蠟后要多耗電能
由于管內(nèi)壁結(jié)蠟，使得管內(nèi)流通面積減少。在同輸量下，管線摩阻增加，可造成動(dòng)力設(shè)備的負(fù)荷增加，要多耗電能。
根據(jù)能耗公式：
N=―=和W= N·t可計(jì)算出多耗的電能。
Q：泵排量,m3/h；
P1、P2：在相同流量下結(jié)蠟前后的回壓，MPa；
T：結(jié)蠟后運(yùn)行的時(shí)間，h；
N：結(jié)蠟后多耗的功率，kW；
W：多耗的電能，kW·h；
△P= P2－P1
以21#放水站泵排量在160m3/h時(shí)，投產(chǎn)初期外輸回壓在0.33MPa,現(xiàn)在泵排量也在160m3/h時(shí)，回壓0.48MPa多耗的電能如下：
N==6.536kW
Wd=6.536×24=156.86kW·h
Wa=156.86×365=57253.9kW·h
計(jì)算可看出泵排量按160m3/h計(jì)，每年要多浪費(fèi)掉57253.9kW·h。
4.2管線結(jié)蠟后還要多耗熱能（天然氣）
為了因流通面積減少而還要維持原來(lái)的輸量,對(duì)滿負(fù)荷運(yùn)行的管線，就要提高管輸原油運(yùn)行溫度來(lái)抵消因流通面積減少而增加的管線沿程摩阻，所以就得要多耗天然氣來(lái)增加原油的溫度，降低粘度來(lái)減少沿程摩阻。
4.3增加了運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的維修費(fèi)用
管線由于結(jié)蠟，使得動(dòng)力設(shè)備（特別是離心泵）在滿負(fù)荷或在超負(fù)荷下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，易造成運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)部件磨損，增加維修費(fèi)用。
4.4管線內(nèi)壁逐漸結(jié)蠟，如不注意加強(qiáng)管理和預(yù)防，最后將造成管線堵死，被迫停產(chǎn)，給企業(yè)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失。
5管線結(jié)蠟的預(yù)防措施及治理
為了使管內(nèi)壁不結(jié)蠟或少結(jié)蠟以及減緩結(jié)蠟的速度，延長(zhǎng)管線的使用壽命，對(duì)轉(zhuǎn)油站至北十五聯(lián)的輸油管線要采取預(yù)防結(jié)蠟措施。
5.1在輸油溫度上，要根據(jù)大慶原油油溫與管壁結(jié)蠟強(qiáng)度的關(guān)系，掌握好輸油溫度。大慶原油屬于高含蠟的易凝原油，含蠟在23—25%，根據(jù)大慶原油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得的管線結(jié)蠟強(qiáng)度可知，在30—45℃為結(jié)蠟高峰區(qū)，低于30℃，高于45℃時(shí)輸送，管線中結(jié)蠟較輕微。但從另一方面考慮，大慶原油的蠟溶點(diǎn)綜合考慮外輸油的終點(diǎn)溫度，應(yīng)在35—42℃之間為佳。轉(zhuǎn)油站應(yīng)根據(jù)各站到北十五聯(lián)的管長(zhǎng)、輸油量、溫降等各項(xiàng)參數(shù)確定起點(diǎn)溫度。就21#放水站而言，預(yù)熱爐設(shè)計(jì)的出口溫度僅為40℃，建議21#放水站把預(yù)熱爐出口溫度就控制在40℃為佳。
5.2在外輸量上，各站要根據(jù)外輸管線的結(jié)蠟程度，結(jié)合本站的來(lái)液量和污水處理量，合理選擇外輸含水油的輸量。要盡量使外輸含水油的流態(tài)在紊流光滑區(qū)內(nèi)輸送，防止過(guò)小排量在層流狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間輸送。
以21#放水站為例：外輸管線為φ273×7mm，如今管內(nèi)壁結(jié)蠟，內(nèi)徑當(dāng)量已變?yōu)?phi;219×7mm的管線。如按φ219×7mm的管線輸送時(shí)，外輸泵排量要控制在180m3/h為佳，這時(shí)油流在管內(nèi)的流速約為1.516m/s。因?yàn)楫?dāng)油流流速達(dá)到1.5m/s時(shí)，實(shí)驗(yàn)表明，管內(nèi)就較少結(jié)蠟，因流速增大，油流的剪切速率增大，析出的蠟晶被油流帶走，管內(nèi)不易結(jié)蠟。
對(duì)21#放水站而言，目前在來(lái)液量不增加的情況下，對(duì)φ219×7mm的管線，輸送能力也是夠用的。8寸管線的經(jīng)濟(jì)輸送能力在118.75—233.33m3/h,最大輸送能力為307m3/h。
5.3在外輸油含水上，一方面外輸含水油水含率增大時(shí)，蠟沉積的速率要降低，另一方面原油在較低含水時(shí)算起，當(dāng)原油的水逐漸增多時(shí)，粘度也升高，含水達(dá)到一定值時(shí)，粘度達(dá)到最大。當(dāng)含水再進(jìn)一步升高時(shí)，大量的乳化水滴又開(kāi)始合并，使油水乳狀液發(fā)生轉(zhuǎn)相，即由“油包水”型轉(zhuǎn)化為“水包油”型乳狀液，這時(shí)水是外相，此乳狀液粘度很小。同時(shí)乳化水游離出來(lái)后，還能潤(rùn)濕管壁而降低流動(dòng)阻力。從這兩方面來(lái)講，對(duì)轉(zhuǎn)油站到聯(lián)合站的外輸含水原油的輸送，還是使原油的含水率高一點(diǎn)為佳，這樣既能降低管線沉積蠟晶，又可減小流動(dòng)的摩擦阻力。
5.4對(duì)結(jié)蠟的輸油管線，可使用化學(xué)添加劑防蠟或利用摻水系統(tǒng)提高輸油溫度來(lái)治理管線結(jié)蠟。
6結(jié)論
6.1管線結(jié)蠟是多種因素共同作用的結(jié)果
21#放水站管線結(jié)蠟是由多種因素共同作用的結(jié)果，其中有輸油溫度的因素；有外輸量的因素；有外輸油含水率的因素。這三種因素同時(shí)作用，達(dá)到一定程度時(shí)，就造成了管線結(jié)蠟。
6.2加強(qiáng)管理，有效預(yù)防和治理
只要我們對(duì)輸油管線結(jié)蠟問(wèn)題高度重視，加強(qiáng)生產(chǎn)管理，制定相應(yīng)的預(yù)防結(jié)蠟措施，就可使輸油管線不結(jié)蠟或少結(jié)蠟。對(duì)于結(jié)蠟的輸油管線，可使用化學(xué)添加劑防蠟或利用摻水系統(tǒng)提高輸油溫度。通過(guò)采取切實(shí)可行的措施，就可提高輸油管線的使用壽命，確保聯(lián)合站的安全生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1]《油田油氣集輸設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)》.北京：石油工業(yè)出版社，1994

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