長(zhǎng)輸管線輸差分析及對(duì)策研究

潘俊宏，劉東海，屈靜

(中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司 采油十二廠， 甘肅 慶陽(yáng) 745400)

關(guān)鍵字： 長(zhǎng)輸管線；輸差；因素；對(duì)策

某油田生產(chǎn)集輸?shù)脑?，其輸送方式主要有管道輸送和汽?chē)運(yùn)輸兩種，其中管道輸送是重要的運(yùn)輸方式。莊二聯(lián)外輸站管線輸送計(jì)量采用金屬刮板流量計(jì)，精度為0.2級(jí)，每半年標(biāo)定一次。輸送量為1.2×103m3/d，原油含水率在0.2%左右，由于在計(jì)量交接過(guò)程中，輸差不可避免，給交接油雙方帶來(lái)一定的影響，因此，如何降低油品輸差，降低油品損失量是原油交接工作中的重中之重。

1 輸差變化

2020年油品輸差變化趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 油品輸差變化示意

由圖1可看出，3月份以后的時(shí)間段輸差基本是在20 m3左右，且基本都在水平線以上，可知基本保持在正輸差上。截止9月份輸差累計(jì)達(dá)到4 678 m3，其中不排除含水率偏高及外部因素影響，平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)的輸差也不在正常范圍波動(dòng)。本文從排量、溫度、計(jì)量?jī)x表、管存量、氣體溶解度等影響因素分析，找出管線正常的輸差量。

2 基于管線中流態(tài)分析運(yùn)行特點(diǎn)

該外輸站輸送介質(zhì)為凈化油與少量氣體，含水率一般在0.2%以下，管線全長(zhǎng)22.85 km，管徑為168 mm ，壁厚為2.75 mm。采用密閉油品連續(xù)介質(zhì)流體的流態(tài)判別標(biāo)準(zhǔn)雷諾數(shù)計(jì)算，如式(1)所示：

(1)

式中：v—運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；d—管線內(nèi)徑，m；qV—管路中原油的體積流量，m3/s。

(2)

式中：v—流體平均速度，m/s；L—管道長(zhǎng)度，m；g—重力加速度， m/s2。

由式(2)可知，壓力能消耗主要用于克服地形高差的位能。分析流態(tài)的穩(wěn)定性，加上油氣混合液在流動(dòng)過(guò)程中由于氣體的溶解性，壓力、溫度損失等動(dòng)態(tài)因素，在正常運(yùn)行時(shí)，需保證平穩(wěn)的排量，減少壓能消耗，使外輸液流在管線保持相對(duì)均一的流動(dòng)狀態(tài)。

3 影響管線輸送誤差的因素

3.1 測(cè)量溫度對(duì)輸差的影響

該管線首站至末站，溫度降低6 ℃左右，壓力損失約2.6 MPa，外輸液流平均速度為0.8 m/s。末站在管線溫度、壓力方面均發(fā)生了變化，因而流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)也產(chǎn)生了差異。在液量輸差計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮溫度和壓力對(duì)液體體積的影響，將首末站計(jì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積Vn，計(jì)算如式(3)所示：

Vn=VtMFCpiCti

(3)

式中：Vt—流量計(jì)累積體積，m3；Cti—原油體積溫度修正系數(shù)，查表可得；Cpi—原油體積壓力修正系數(shù)；MF—流量計(jì)系數(shù)。

以首站流量計(jì)體積值為參照，在末端流量計(jì)體積值的基礎(chǔ)上修正后進(jìn)行輸差對(duì)比，影響量為V首-V末。流量計(jì)計(jì)量參數(shù)影響見(jiàn)表1所列。其中F為空氣浮力修正系數(shù)；pe為原油飽和蒸氣壓。

表1 流量計(jì)計(jì)量參數(shù)影響

3.2 泵排量對(duì)液量輸差的影響

泵排量與輸差量的對(duì)比如圖2所示。

圖2 泵排量與輸差量對(duì)比示意

由圖2可知，管線輸差的變化與泵排量變化存在一定的關(guān)系。當(dāng)排量qV=62.5 m3/h時(shí)，運(yùn)行產(chǎn)生的輸差最小，可以推斷泵排量越大，輸差量越小，故排量與管線的充盈程度成正比關(guān)系。

3.3 流量計(jì)本身的檢定范圍對(duì)輸差的影響

流量計(jì)在標(biāo)定時(shí)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要在常用點(diǎn)與上下浮動(dòng)50%范圍內(nèi)進(jìn)行三點(diǎn)標(biāo)定后，與標(biāo)準(zhǔn)體積管對(duì)比也存在一定的正負(fù)誤差，并且在實(shí)際運(yùn)行中誤差值呈規(guī)律性向負(fù)偏差方向變化，當(dāng)技術(shù)人員檢定后調(diào)整流量計(jì)參數(shù)，就有可能出現(xiàn)較大的輸差波動(dòng)，所以要根據(jù)檢定范圍和標(biāo)定前后誤差分析輸差值增減是否正常，從而推算檢定前后輸差允許變化的值來(lái)判斷是否合理。

3.4 管線存油量對(duì)輸差的影響

由于地形地貌不同、輸送站所處位置高度不同、管線距離長(zhǎng)，因此在調(diào)整輸量后隨著管道溫度和管壓等的動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致管線本身的存油量引起變化，在輸量改變后，管線需要重新達(dá)到一個(gè)系統(tǒng)平衡，從而出現(xiàn)輸差的較大波動(dòng)。有以下兩種情況：

1)2 h以內(nèi)的啟停后輸量未變化，管線減少的管存量即為停輸后到啟輸前末站收到量，可排除外部因素影響，啟輸后的系統(tǒng)平衡后輸差與停輸前大概一致。

2)2 h以上的啟停后輸量變化，需考慮系統(tǒng)壓力、溫度等參數(shù)變化前后的管線重新計(jì)算，在當(dāng)前溫度θ和壓力p下管段的管容計(jì)算如式(4)所示：

(4)

式中：β—鋼管的體積膨脹系數(shù)，3.3×10-5/ ℃；δ—管道壁厚，m；E—鋼管的楊氏彈性模量，2×105MPa；V1—原管線存油量，m3；θpj—當(dāng)前系統(tǒng)溫度， ℃；ppj—當(dāng)前系統(tǒng)壓力，MPa。

根據(jù)式(4)可計(jì)算出啟停變化前后的管線管容的增減量，如果變化量為正值，則在恢復(fù)正常外輸后用末站收到的量加上變化量；如果變化量為負(fù)值，則在恢復(fù)正常外輸后用末站收到的量減去變化量。

3.5 氣體對(duì)輸差的影響

原油通過(guò)三相處理后進(jìn)凈化罐再外輸，儲(chǔ)罐中的原油為脫氣原油，實(shí)際外輸過(guò)程中一般存在原油和天然氣兩相混流狀態(tài)，在某一壓力和溫度下，原油中溶解了天然氣較重的組分，使液相增加，密度下降，黏度降低。因而油氣兩相混輸管路內(nèi)，氣液兩相的輸量和物性沿管長(zhǎng)而變化，是管路壓力和溫度的函數(shù)。溶氣原油體積與脫氣原油體積比大于1，也是導(dǎo)致輸差產(chǎn)生的因素之一。 首末站氣體輸差影響量計(jì)算如式(5)所示：

V=V0[0.972+0.000 147(2.25θ+40)1.175]

(5)

式中：V0—脫氣原油的輸量，m3；θ—當(dāng)前溫度， ℃。

3.6 容積式流量計(jì)漏失量對(duì)輸差的影響

容積式流量計(jì)為該公司主要使用原油交接流量計(jì)，其中刮板式最多，精度較高，穩(wěn)定性較好。原理是流體通過(guò)流量計(jì)，會(huì)在流量計(jì)進(jìn)出口之間產(chǎn)生一定的壓力差。流量計(jì)的轉(zhuǎn)子在該壓力差作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流體由入口排向出口，它們與殼體內(nèi)壁之間始終保持著緊密接觸，當(dāng)被測(cè)油品流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，有一小部分油品就會(huì)從兩轉(zhuǎn)子間及刮板與殼體內(nèi)壁的間隙流過(guò)，這部分油品雖然流經(jīng)流量計(jì)，但沒(méi)被流量計(jì)計(jì)量，從而產(chǎn)生漏失量。漏失量隨黏度不同而異，當(dāng)高黏度流體流經(jīng)儀表時(shí)，漏失量變小，因此原油黏度對(duì)測(cè)量精度也是有一定影響的。由于原油在輸送過(guò)程中通常需要加溫，所以即便是同一種原油，其黏度也可能隨溫度的降低而增加，上下游流量計(jì)自身漏失量的變化也會(huì)導(dǎo)致輸差的產(chǎn)生。

4 解決方法的探討

綜上所述，結(jié)合原油計(jì)量中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出如下幾點(diǎn)解決方案：

1)加強(qiáng)外輸動(dòng)態(tài)管理，盡量遵循流量計(jì)的運(yùn)行參數(shù)，保持標(biāo)定時(shí)的運(yùn)行溫度和輸油量。選擇的流量計(jì)，其型號(hào)應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)流程、泵排量相匹配，提高系統(tǒng)計(jì)量精度。從溫度、排量、管存量、氣體溶解度、流量?jī)x表本身及漏失量六個(gè)方面合理及時(shí)分析判斷輸差變化是否正常。

2)控制系統(tǒng)含水率，保證原油交接平穩(wěn)運(yùn)行。

3)實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)，研究泵送壓力、外輸溫度及排量的最優(yōu)數(shù)值，從而找到適合液流狀態(tài)的最佳流速。當(dāng)雷諾數(shù)小于臨界值時(shí)的水力光滑區(qū)時(shí)，液流速度應(yīng)控制在3 m/s，外輸排量在55～65 m3/d；外輸溫度的優(yōu)化根據(jù)流量計(jì)標(biāo)定時(shí)的油溫，控制外輸溫度在標(biāo)定點(diǎn)溫度34～40 ℃，下游進(jìn)站溫度控制在28 ℃以上，保證外輸系統(tǒng)的溫度要求。

4)按照流量計(jì)運(yùn)行特性，首站標(biāo)定誤差宜控制在正誤差方向。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)六方面的因素對(duì)輸差進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和運(yùn)行參數(shù)分析，讓現(xiàn)場(chǎng)管理人員了解運(yùn)行參數(shù)能夠及時(shí)進(jìn)行正確判斷，從而排除外部影響因素，為日常的生產(chǎn)運(yùn)行管理與管道安全提供了可靠的依據(jù)，保證了外輸系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行。