平台登陆输油管线投产预热研究

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　　摘 要：在输油管线启输预热过程中，准确的计算管线周围砂土层温度场以及预热介质温度随时间的变化规律，可以合理确定预热介质流量和预热时间。本文首先利用OLGA软件核算冷投的可实施性，随后通过管线周围砂土层的蓄热量和散热量来计算预热时间，总结预热规律。
　　关键词：海底管线；启输；预热；OLGA
　　在输油管线启输过程中，管道沿程的压力和温度都会下降，使管道发生结蜡、结垢、凝固等现象，给生产带来很大的困难和风险。因此一般采用热水来预热管道，待其周围砂土层建立新的温度场、提高管壁温度后，再正常投产。埋地热油管道的启输过程是一个三维非稳定传热过程，周围土壤温度场的建立受管内热水温度、地表温度等多方面的影响。
　　1 工程概况
　　渤海某平台登陆输油管线海底段采用双层管保温管结构，内管Φ457×14.3mm，长约11.4km；陆地段为单层保温管结构，管规格457×10.3mm，长约1.7km。输油管线投产前，平台热媒系统无法运行，需从陆地反向输合格注水对管线进行预热。原油物性：密度938.4kg/m3（20℃）；凝点-2℃；析蜡点30℃；粘度650cP。
　　2 冷投核算
　　2.1 不同季节
　　输油管线海底埋深1.5m，计划投产的外输液量13029m3/d，含水率为62%。考虑不同季节分别取海水温度5℃、11℃、17℃进行模拟，采用OLGA计算得出：油头温度随输送距离迅速降，在4.5km左右降至海水温度。当海水温度为5℃时，油头温度在1.0km左右降至30℃（原油析蜡点）以下；当海水温度为17℃时，油头温度在1.6km左右降至30℃以下。
　　2.2 不同原油外输温度
　　取冬季投产海水温度5℃，考虑不同外输温度40℃、55℃、70℃进行模拟，采用OLGA计算得出：在不同原油启输温度下进行冷投，油头温度会迅速降低，在4.5km左右降至海水温度。当原油外输温度为55℃时，油头温度在1.0km左右降至30℃以下，即使升高原油入口温度对最大安全输送距离影响不大。因此，无轮夏季或冬季冷投产，管线最大安全输送距里均小于11.4km，投产前必须进行预热。
　　3 投产预热分析
　　3.1 传热系数K的研究
　　管线的预热过程实质上就是管线周围海底砂土层的蓄热，即建立一定的温度场的过程，过程中K值在不断变化。经实际经验核算，K最终会稳定在0.672 W/（ ㎡·℃），当管线K≤1.75 W/（ ㎡·℃）且终点温度高于输送油品的凝点时即可进行投产。因此，在K值变化范围内选取了13个点，将预热过程分成13个子过程进行下一步的分析与计算。
　　3.2 预热水量及预热时间的选取与核算
　　预热完成投产时，输油量（542.875m3/h）不允许低于预热水量，因此选取固定预热水量600m3/h、500m3/h和400m3/h，分别进行模拟研究。以管道中心为圆心，将ht～R厚（管道顶部—海泥面间）的环形砂土层分成n层进行积分计算。预热过程要达到的蓄热量百分比xu=Q实际/Q稳态取为50%（冬季投产的管线一般取50～60%；夏、秋季可取=30～40%）。
　　3.3 预热规律的探究
　　采用固定预热流量600m3/h进行预热研究，预热结果如下表1所示。
　　预热流量600m3/h时，预热时间61.77h预热用水量37059m3；预热流量500m3/h时，预热时间69.20h预热用水量34598m3；预热流量400m3/h时，预热时间80.31h预热用水量32123m3。
　　通过对比分析得出：①在预热初期，终点温升较快，砂土层蓄热较快，可以用较大排量热水进行管线预热；②随着管线周围土壤蓄热的提高，为有效提高热水热量的利用率，可以适当降低预热热水流量；③在预热最后阶段，总传热系数稳定在一个较小值，可以适当提高预热热水流量以保证管线周围砂土层的蓄热量。
　　4 投产预热方案
　　根据以上统计和计算，选取了预热方案并进行计算。结果如下表2所示。
　　总计需要热水36524m3，需要预热77.7h。方案滿足预热的三个条件：预热完成后管线终点的温度为55.3℃，高于管线的析蜡点、凝固点30℃；预热结束后K值为1 W/（㎡·℃） <1.75 W/（㎡·℃）；最终预热水量速度小于计划投产输油量542.8 m3/h。
　　参考文献：
　　[1]刘海超，相政乐.海底单层保温管线总传热系数分析[J].管道技术与设备，2011（5）：14-16
　　[2]顾锦丹，马贵阳.埋地热油管道启输过程上土壤温度场三维数值模拟[J].炼油技术与工程，2007，37（5）：36-38.
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