埋地热油管道投产方案模拟分析（生物化工）

埋地热油管道投产方案模拟分析（生物化工）

                                李海涛*

          （中国石油天然气管道局国内事业部，河北廊坊065000）

摘要：为获得原油预热投产的经济环保方案，对某即将投产管线进行热力学仿真计算。通过建立SPS仿真模型并分析计算结果后发现，在投产过程中，末端流体温度随着预热投产时间先上升而后下降至平稳温度，末端流体密度先保持平稳而后迅速下降至稳定。选取油水混合物进站温度高于原油凝点30c为边界条件，且综合考虑预热时间、用水量后确定了最优的投产方案，为现场操作提供技术支持。

关键词：埋地热油管道；投产；模拟；经济方案

中图分类号： 文章编号：0253 - 4320( 2016) 06 - 0195 - 02

DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 06. 048

    埋地热油管线在投产过程中，若土壤层温度较低，管线内原油的热量不断向外扩散，周围土壤层温度逐渐上升，而原油温度不断下降，原油的流动性变差。因此部分原油管道在投产前往往会采取其他措施，如预热投产、添加化学药剂投产、冷启动等。其中预热投产是常用投产方式，其目的是在原油进入管道前先建立温度场，并且预热流体温度满足要求后，才投入原油。梁江等、杜艳萍等在热油管道投产前利用仿真模拟软件SPS对整个投产过程进行分析。本文中通过使用软件分析投产过程，确定出合理的投油时间和预热介质总量，为现场提供技术支持。

1投产管道概况

    中国西部地区某管道长约50 km，投产时地温约在8℃，计划采用预热投产。计划投产方案为管线完成试压后进行预热，首站以100m³／h的流量输送60℃的热水，10 h原油开始投产，直至稳定。投产原油的性质如表1所示，原油密度为840 kg／m³，40℃下的黏度为40 m P.s，热处理温度50℃时的凝点为20℃，原油含蜡量为14. 83%，属于高含蜡原油。

    管道中有首站、末站2座，其中首站可加热、加压。管线可承压6.0 M Pa。本文中采用SPS软件对原油管道投产过程进行分析。SPS( stoner pipelinesimulator)软件是一款常用的长距离管道输送模拟软件，可以分析原油管道的多种工况。软件使用的方法是首先建立一个与实际管道相符的模型，并编写INTRAN文件控制仿真计算以实现对现实工况的模拟。

2投产初始方案工况数值模拟

    管线投产前首先输送10 h 60℃热水，热水流量为100m³／h。热水输送结束，转为原油输送，输送原油的温度为60℃，流量为120m³／h。

    根据前面建立的SPS软件模型进行计算，计算后导出部分数据进行分析。图1为在原油投产过程中末站流体的进站温度与末端流体密度随时间变化情况。

    在图1中可以看出，本次投产过程中末端原油的温度可以分为以下几个阶段。①a~ b阶段，从a点开始末端流体的温度迅速上升，这是因为首站的热水开始进入末站。末端流体密度在b时刻急速下降，表示原油、水混合物开始抵达末端。a~ b阶段为热水预热过程。②b~ c阶段末端流体温度继续上升，在c时刻达到最大值。③c~ d阶段，末站原油的温度开始下降。最终趋于平缓。颇为关注的是原油进入末站时的温度，从图1中可以看出原油初人末站时，温度最高约为42℃，随着投产时间原油的温度开始下降，下降至d点约32.0℃时趋于平缓。整个投产过程中管内原油温度都高于原油的凝一点。因此此方案的预热投产在热力工况上是可行的。

    根据水力工况计算结果（见表1），首站提供的压力均在泵允许扬程范围内，因此本次投产过程满足水力工况要求。在整个投产过程中需要淡水1000t，虽然成功完成投产，但从整体投产过程中温度变化来看，此方案仍有节能的空间。

3节能投产方案

    选择原油投产时机为油水混合物进站温度：投产原油凝点+3℃，本文中同样选择该条件作为原油投产时机。整个投产过程中，投入热水时间成为计算的关键。具体计算方法为在前面所建立的管道模型上进行计算。管道在投入t时间的热水后，原油进入管道，若油水混合物进站温度大于或小于投产原油凝点+3℃，则调整t为t-△t或t+△t，直至符合预热时机的条件。

    选取预热水温度仍为60℃，热水流量分别为100、80、60、50 m³/h 4种节能方案，根据前文所选的边界条件，计算出预热热水的最少需要量及预热时间。计算结果如表2所示。

    根据表2所示，综合考虑预热时间、热水需要量等因素，采用热水温度为60℃，流量为100m³／h，预热时间为7h（节能方案1）的预热方案。其优点是，相较于其他方案其预热时间短，且热水需要量与节能方案2～4相差不多。

    图2为节能方案1整个投产过程中，末端流体温度-密度变化示意图。热水投产7h后投入原油，管道末端原油的温度随之上升。在投产15 h后原1到达管道末端。整个投产过程与初始方案（以100m³／h的流量输送10 h，水温60℃）节约淡水资源300 t。

4结论与展望

    (1)通过仿真软件SPS对原油管道投产过程进行了模拟分析。分析表明，初始方案的预热投产过程中，预热介质抵达末端后，管线末端温度迅速上升，原油投入管道后，末端流体温度继续上升直至达到最高点后逐渐下降并趋于平缓。

    (2)通过软件计算得到了原油管道预热投产的经济运行方案满足投产所需的热力工况，并且能够比初始方案节约300 t淡水资源和一定的热能。