官學(xué)源1 王浩1 李雪飛1 馬天驕1 孫洪強(qiáng)2

1. 中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司沈陽(yáng)分公司 ； 2.中國(guó)石油管道局工程有限公司第三工程分公司

摘要：以風(fēng)城油田特稠油、克拉瑪依石化公司燃料油為研究對(duì)象，根據(jù)風(fēng)克線實(shí)際運(yùn)行工況，采用數(shù)值模擬方法，計(jì)算分析風(fēng)克線輸送稠油的工作特性。在保證安全運(yùn)行的前提下，確定混油（風(fēng)城油田特稠油+克拉瑪依石化公司燃料油）輸送時(shí)摻入稀油量的合理配比，為今后制訂風(fēng)城特稠油輸送方案提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：風(fēng)克線；特稠油；溫度；黏度；摻稀降黏輸送

風(fēng)城—克拉瑪依稠油外輸管道（簡(jiǎn)稱(chēng)風(fēng)克線）是國(guó)內(nèi)同類(lèi)稠油輸送距離最長(zhǎng)、輸量最大、口徑最大、輸送壓力和溫度最高的稠油外輸管道。目前已新建兩條輸油管道，分別輸送風(fēng)城處理站混油（風(fēng)城油田特稠油+克拉瑪依石化公司燃料油）和克石化公司燃料油（以下簡(jiǎn)稱(chēng)燃料油）�；煊凸艿廊�長(zhǎng)約102 km，設(shè)計(jì)輸量 500×104 t/a，設(shè)計(jì)壓力8 MPa，采用D457 mm×7.1 mm/L450直縫高頻焊鋼管，保溫層厚度60 mm。燃料油管道設(shè)計(jì)輸量 100×104 t/a，設(shè)計(jì)壓力8 MPa，采用D219 mm×5.2 mm/L290直縫高頻焊鋼管。

稠油具有黏度高、密度大、流動(dòng)性差等問(wèn)題，我國(guó)常用的稠油集輸方式有加熱降黏輸送、摻熱水降黏輸送、乳化降黏輸送、摻稀油降黏輸送等工藝技術(shù)[1-2]。由于風(fēng)城油田采用超稠油SAGD開(kāi)發(fā)方式[3-4]，油品溫度高，因此管道外輸工藝采用摻稀降黏輸送方式。

1  油品物性

風(fēng)城稠油50 ℃時(shí)黏度為29113.99 mPa·s，屬于特稠油。隨著溫度升高黏度下降，其黏溫關(guān)系見(jiàn)表 1。由實(shí)驗(yàn)得到摻入稀油量（摻稀量）5%、10%、15%、20%和25%的混合油品黏溫關(guān)系（表 2、圖 1）�？梢钥闯觯猴L(fēng)城特稠油摻入稀油后，黏度顯著降低，是一種較有效的降黏方法；隨著摻稀量增大，黏度降低的幅度減��；當(dāng)摻稀量大于15%時(shí)，黏度降低效果相對(duì)不明顯�；旌嫌推返拿芏入S著摻稀量的增大而減�。ū� 2）。

表 1 風(fēng)城特稠油溫度與黏度

表 2 不同摻稀量混合油品黏度與密度

圖 1 混合油品黏溫曲線

2  混合油品黏度的確定

2.1  混油黏度計(jì)算方程

稠油中摻入稀油降黏，需要計(jì)算混油黏度來(lái)確定摻稀量。目前已公開(kāi)發(fā)表了十幾種混油黏度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式、半經(jīng)驗(yàn)公式和計(jì)算圖表。由于這些公式基本上都是利用某些油品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)回歸分析得到的，非理論推導(dǎo)出的，而且原油又是非常復(fù)雜的混合物，因此這些推薦公式都是只適用于某一范圍的近似公式。尋求適用于高黏度比混油黏度計(jì)算公式，對(duì)于稠油稀釋降黏輸送才具有應(yīng)用價(jià)值。近幾年來(lái)，一些學(xué)者經(jīng)過(guò)試驗(yàn)、分析和比較，發(fā)現(xiàn)雷德?tīng)柟�式適用于高黏度比的混油黏度計(jì)算。該公式不是純粹的經(jīng)驗(yàn)公式，有一定的理論基礎(chǔ)，在稠油摻稀油混合黏度的計(jì)算中效果更加理想。本文選用雷德?tīng)柟�式�?jì)算混油黏度。

雷德?tīng)柗匠桃?jiàn)式（1）：

當(dāng)黏度比大于20時(shí)，按式（2）計(jì)算：

式中，χ1 ，χ2 分別為燃料油、稠油的體積分?jǐn)?shù)，無(wú)量綱；μ，μ1 ，μ2  分別為混合油品、燃料油和稠油的黏度，mPa·s；ρ1、ρ2 分別為燃料油、稠油的密度，g/cm3。

2.2  計(jì)算結(jié)果

通過(guò)雷德?tīng)柟�式�?jì)算得出50℃～95℃時(shí)摻稀量5%～25%的油品黏度，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)摻稀量越小平均相對(duì)誤差越小，黏度計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)平均誤差為9.84%（圖 2），雷德?tīng)柟�式適用于計(jì)算風(fēng)城稠油摻稀油的混油黏度。

圖 2 混合油品的黏度計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比

3  工藝分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合管道運(yùn)行情況，設(shè)置混油輸送邊界條件：風(fēng)克線壓力小于8 MPa；首站出站溫度為90℃；克石化下載輸量4200 t/d；末站進(jìn)站壓力為0.4 MPa，進(jìn)站油溫≥50℃。

3.1  計(jì)算結(jié)果

夏季輸送摻稀量≤7%、冬季輸送摻稀量≤8%的混油時(shí)，管道壓力高于8 MPa，不符合輸送條件。這是因?yàn)楫?dāng)摻稀量小于8%時(shí)，油品黏度過(guò)大，輸送摩阻過(guò)高，導(dǎo)致其壓力超過(guò)規(guī)定值。摻稀量10%～25%范圍內(nèi)，對(duì)最小輸量影響不大，最大輸量隨著摻稀量的增大呈先增大到最大值再減小再增大，在摻稀量13%時(shí)達(dá)到最大值。這是因?yàn)樽畲筝斄肯拢�不同摻稀量的混合油品管輸時(shí)其流態(tài)隨摻稀量增大從層流變?yōu)槲闪�，同時(shí)在輸送過(guò)程中油品的散熱和摩擦生熱，導(dǎo)致該現(xiàn)象。

如圖 3、圖 4所示，同一摻稀量的油品，夏冬兩季最大輸量和最小輸量相差不大，最大輸量夏季略高，而最小輸量冬季略高，即地溫變化對(duì)輸量影響不大。同一摻稀量油品，夏冬兩季油品進(jìn)站溫度相差不大，冬季略高。這是因?yàn)椋�雖然夏冬兩季環(huán)境溫度相差很大，但管道的保溫效果很好，總傳熱系數(shù)相近，而總傳熱系數(shù)直接影響溫降和間接影響壓降和輸量，同時(shí)混合油品發(fā)生摩擦生熱導(dǎo)致該現(xiàn)象。

圖 3 夏季混合油品輸送能力

圖 4 冬季混合油品輸送能力

3.2  流態(tài)分析

最大輸量下，摻稀量10%、10%～15%、15%～25%的混油管輸流態(tài)分別為層流、不穩(wěn)定區(qū)、水力光滑區(qū)。隨著摻稀量的增大，在其最大輸量下，雷諾數(shù)增大，流態(tài)發(fā)生變化，流態(tài)從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪�，是一種突變，而突變的雷諾數(shù)值一般在2000～3000，有時(shí)也存在雷諾數(shù)小于2000時(shí)進(jìn)入紊流現(xiàn)象，所以應(yīng)盡量避免在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)工作，摻稀量15%～25%更符合風(fēng)克線熱油管輸。從經(jīng)濟(jì)和管輸稠油難易程度綜合考慮，在大輸量下混合油品摻稀量15%比較合適。

4  結(jié)論

（1）混油摻稀量夏季≤7%、冬季≤8%，管道壓力高于8 MPa時(shí)，不符合輸送條件。

（2）相同摻稀量條件下，地溫變化對(duì)混油輸量影響不大。

（3）隨著摻稀量不斷增大，油品黏度減小，最大輸量并非單調(diào)遞增，摻稀量13%時(shí)達(dá)到最大值。這是因?yàn)樽畲筝斄肯拢�混合油品管輸時(shí)流態(tài)隨摻稀量增大從層流變?yōu)槲闪�，同時(shí)在輸送過(guò)程中油品的散熱和摩擦生熱所致。

（4）最大輸量下，摻稀量10%為層流，摻稀量10%～15%為不穩(wěn)定區(qū)，摻稀量15%～25%為水力光滑區(qū)。為避免在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)工作，摻稀量15%～25%更符合熱油管輸。

（5）從經(jīng)濟(jì)和管輸稠油難易程度綜合考慮，在大輸量下混油摻稀量15%比較合適。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：官學(xué)源，工程師，碩士，2013年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)。聯(lián)系方式：024-22983822，guanxueyuan00@126.com。