埋地?zé)嵊凸艿劳懂a(chǎn)方案模擬分析（生物化工）
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埋地?zé)嵊凸艿劳懂a(chǎn)方案模擬分析（生物化工）
李海濤*
（中國石油天然氣管道局國內(nèi)事業(yè)部，河北廊坊065000）
摘要：為獲得原油預(yù)熱投產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)環(huán)保方案，對某即將投產(chǎn)管線進(jìn)行熱力學(xué)仿真計算。通過建立SPS仿真模型并分析計算結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，在投產(chǎn)過程中，末端流體溫度隨著預(yù)熱投產(chǎn)時間先上升而后下降至平穩(wěn)溫度，末端流體密度先保持平穩(wěn)而后迅速下降至穩(wěn)定。選取油水混合物進(jìn)站溫度高于原油凝點(diǎn)30c為邊界條件，且綜合考慮預(yù)熱時間、用水量后確定了最優(yōu)的投產(chǎn)方案，為現(xiàn)場操作提供技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：埋地?zé)嵊凸艿�；投產(chǎn)；模擬；經(jīng)濟(jì)方案
中圖分類號： 文章編號：0253 - 4320( 2016) 06 - 0195 - 02
DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 06. 048
埋地?zé)嵊凸芫�在投產(chǎn)過程中，若土壤層溫度較低，管線內(nèi)原油的熱量不斷向外擴(kuò)散，周圍土壤層溫度逐漸上升，而原油溫度不斷下降，原油的流動性變差。因此部分原油管道在投產(chǎn)前往往會采取其他措施，如預(yù)熱投產(chǎn)、添加化學(xué)藥劑投產(chǎn)、冷啟動等。其中預(yù)熱投產(chǎn)是常用投產(chǎn)方式，其目的是在原油進(jìn)入管道前先建立溫度場，并且預(yù)熱流體溫度滿足要求后，才投入原油。梁江等、杜艷萍等在熱油管道投產(chǎn)前利用仿真模擬軟件SPS對整個投產(chǎn)過程進(jìn)行分析。本文中通過使用軟件分析投產(chǎn)過程，確定出合理的投油時間和預(yù)熱介質(zhì)總量，為現(xiàn)場提供技術(shù)支持。
1投產(chǎn)管道概況
中國西部地區(qū)某管道長約50 km，投產(chǎn)時地溫約在8℃，計劃采用預(yù)熱投產(chǎn)。計劃投產(chǎn)方案為管線完成試壓后進(jìn)行預(yù)熱，首站以100m3／h的流量輸送60℃的熱水，10 h原油開始投產(chǎn)，直至穩(wěn)定。投產(chǎn)原油的性質(zhì)如表1所示，原油密度為840 kg／m3，40℃下的黏度為40 m P.s，熱處理溫度50℃時的凝點(diǎn)為20℃，原油含蠟量為14. 83%，屬于高含蠟原油。
管道中有首站、末站2座，其中首站可加熱、加壓。管線可承壓6.0 M Pa。本文中采用SPS軟件對原油管道投產(chǎn)過程進(jìn)行分析。SPS( stoner pipelinesimulator)軟件是一款常用的長距離管道輸送模擬軟件，可以分析原油管道的多種工況。軟件使用的方法是首先建立一個與實(shí)際管道相符的模型，并編寫INTRAN文件控制仿真計算以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)工況的模擬。
2投產(chǎn)初始方案工況數(shù)值模擬
管線投產(chǎn)前首先輸送10 h 60℃熱水，熱水流量為100m3／h。熱水輸送結(jié)束，轉(zhuǎn)為原油輸送，輸送原油的溫度為60℃，流量為120m3／h。
根據(jù)前面建立的SPS軟件模型進(jìn)行計算，計算后導(dǎo)出部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。圖1為在原油投產(chǎn)過程中末站流體的進(jìn)站溫度與末端流體密度隨時間變化情況。
在圖1中可以看出，本次投產(chǎn)過程中末端原油的溫度可以分為以下幾個階段。①a~ b階段，從a點(diǎn)開始末端流體的溫度迅速上升，這是因?yàn)槭渍镜臒崴_始進(jìn)入末站。末端流體密度在b時刻急速下降，表示原油、水混合物開始抵達(dá)末端。a~ b階段為熱水預(yù)熱過程。②b~ c階段末端流體溫度繼續(xù)上升，在c時刻達(dá)到最大值。③c~ d階段，末站原油的溫度開始下降。最終趨于平緩。頗為關(guān)注的是原油進(jìn)入末站時的溫度，從圖1中可以看出原油初人末站時，溫度最高約為42℃，隨著投產(chǎn)時間原油的溫度開始下降，下降至d點(diǎn)約32.0℃時趨于平緩。整個投產(chǎn)過程中管內(nèi)原油溫度都高于原油的凝一點(diǎn)。因此此方案的預(yù)熱投產(chǎn)在熱力工況上是可行的。
根據(jù)水力工況計算結(jié)果（見表1），首站提供的壓力均在泵允許揚(yáng)程范圍內(nèi)，因此本次投產(chǎn)過程滿足水力工況要求。在整個投產(chǎn)過程中需要淡水1000t，雖然成功完成投產(chǎn)，但從整體投產(chǎn)過程中溫度變化來看，此方案仍有節(jié)能的空間。
3節(jié)能投產(chǎn)方案
選擇原油投產(chǎn)時機(jī)為油水混合物進(jìn)站溫度：投產(chǎn)原油凝點(diǎn)+3℃，本文中同樣選擇該條件作為原油投產(chǎn)時機(jī)。整個投產(chǎn)過程中，投入熱水時間成為計算的關(guān)鍵。具體計算方法為在前面所建立的管道模型上進(jìn)行計算。管道在投入t時間的熱水后，原油進(jìn)入管道，若油水混合物進(jìn)站溫度大于或小于投產(chǎn)原油凝點(diǎn)+3℃，則調(diào)整t為t-△t或t+△t，直至符合預(yù)熱時機(jī)的條件。
選取預(yù)熱水溫度仍為60℃，熱水流量分別為100、80、60、50 m3/h 4種節(jié)能方案，根據(jù)前文所選的邊界條件，計算出預(yù)熱熱水的最少需要量及預(yù)熱時間。計算結(jié)果如表2所示。
根據(jù)表2所示，綜合考慮預(yù)熱時間、熱水需要量等因素，采用熱水溫度為60℃，流量為100m3／h，預(yù)熱時間為7h（節(jié)能方案1）的預(yù)熱方案。其優(yōu)點(diǎn)是，相較于其他方案其預(yù)熱時間短，且熱水需要量與節(jié)能方案2～4相差不多。
圖2為節(jié)能方案1整個投產(chǎn)過程中，末端流體溫度-密度變化示意圖。熱水投產(chǎn)7h后投入原油，管道末端原油的溫度隨之上升。在投產(chǎn)15 h后原1到達(dá)管道末端。整個投產(chǎn)過程與初始方案（以100m3／h的流量輸送10 h，水溫60℃）節(jié)約淡水資源300 t。
4結(jié)論與展望
(1)通過仿真軟件SPS對原油管道投產(chǎn)過程進(jìn)行了模擬分析。分析表明，初始方案的預(yù)熱投產(chǎn)過程中，預(yù)熱介質(zhì)抵達(dá)末端后，管線末端溫度迅速上升，原油投入管道后，末端流體溫度繼續(xù)上升直至達(dá)到最高點(diǎn)后逐漸下降并趨于平緩。
(2)通過軟件計算得到了原油管道預(yù)熱投產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案滿足投產(chǎn)所需的熱力工況，并且能夠比初始方案節(jié)約300 t淡水資源和一定的熱能。
