应用SPS软件模拟输油管道预热投产过程

杜艳平 来海雷 大庆油田设计院

对于新建埋地热油管道，管道周围土壤温度场为自然温度场，温度一般比较低。高黏易凝原油如果直接投入冷管中，由于沿线温降太快，会导致沿程摩阻急剧升高而被迫停输，甚至导致凝管的严重事故。为了避免这种情况的发生，在实际生产中，对于绝大多数长输埋地热油管道启动通常都采取一定的措施[1]。

目前，热油管道的启动方法主要有三种，即冷管直接启动、预热启动和加稀释剂或降凝剂启动[2]。对于大多数输送易凝高黏原油的长距离管道，常采用热水预热的启动方式，即在投油前先输送一定量的热水，建立一定的温度场，使投油后的终点油温高于原油的凝固点3~5℃。

使用GL公司的Stoner Pipeline Simulation（以下简称SPS）软件对某管道的预热投产过程进行模拟，计算出不同时刻下的水力和热力情况。

1 管道工程概况

某原油管道全长86 km，输油站场外输主要设备配置见表1。

表1 输油站场外输主要设备配置

该管道设计输量80×104t/a，设计压力6.1MPa，设计管径Ø219.1mm×5.6mm，管线终点压力要求≥0.3MPa。原油出站温度≤70℃，原油进末站温度≥31℃。原油凝固点26℃，密度832.5kg/m3。全线设有首站、末站及中间热泵站1座。

本工程管道沿线最大冻土深度为3.89m，管顶埋深2.0m。试运投产时管道埋深处地温为8℃。

2 投产过程

2.1 投产方式的选择

加热输送原油管道的传统投产方式为：在原油进入管道前，用热水进行预热，使管道末点温度达到原油凝固点温度以上，并在管道周围建立一定的温度场后，原油才允许进入管道，这样可保证原油到达下一站的温度高于凝点温度。但是这种方式用水量很大，而且长时间加热大量的水会消耗很多的能源，也增加了排放的污水量，不仅有悖于节能环保的理念，而且增大了投产的成本[3-4]。采用热水预热管道的“准冷投”方式为：用一段热水填充空管道，再用原油推动热水前进。利用SPS软件，对投产过程的水力和热力情况进行分析，最后确定投产时用大约9 km热水段预热管道，可使原油进站温度达到30℃以上。

2.2 投产过程与模拟

2.2.1 管道投产步骤

（1）首站准备大约306m3的水。

（2）利用首站加热炉将3 km（即102m3）管段的水加热至50℃，投入管道中，输量为40m3/h。

（3）接着将102m3的水加热至60℃，投入管道中，输量为40m3/h。

（4）继续将102m3的水加热至70℃，投入管道中，输量为40m3/h。

（5）依次将三段水输入管道中后，再将原油投入管道中，原油出站温度为70℃，输量为74m3/h。

（6） 水头达到中间加热站时，开启中间加热站的加热炉，分别将三段热水和原油加热至50、60、70、70℃后继续外输至末站。

2.2.2 应用SPS软件模拟投产过程

运用SPS软件模拟计算了管道预热投产时沿线各处水头压力、原油的密度及温度。从水力计算及热力计算模拟图中可以看出：在两个站之间，原油温度不断下降，密度不断降低，原油的最低温度保持在30℃以上，满足热力要求；从压力曲线可以看出，首站的泵为预热投产提供了能量，满足水力要求。

3 结论

通过运用SPS软件对管道投产过程模拟可知：

（1）由于SPS软件采用数值模拟技术，可以实时模拟复杂输送管道的实时工况，可以解决管道投产中复杂的工艺计算，从而选择最佳工艺方案。

（2）在整个预热投产过程中，虽然水头的温度存在低于原油凝固点的情况，但油头温度始终大于凝固点温度，可保证管道安全运行。

（3）某管道预热用水量为306m3，比传统的预热方式节约了大量水源及含油污水处理的成本。

[1]陈国群，马克锋，丁芝来，等．热油管道启输投产热力计算[J]．油气储运，2005，24（7）：13-16．

[2]杨筱蘅，张国忠．输油管道设计与管理[M]．北京：石油工业出版社，1996．

[3]藏建兵，石宇，王岳．热油管道预热过程土壤温度场数值计算[J]．中国科技信息，2005（22）：99．

[4]梁江，于颖．原油外输管道投产方案研究[R]．第二界数字管道信息化（管理）建设论坛暨油气集输与储运技术研讨会论文集．