大落差对日濮洛原油管道投产的影响

大落差对日濮洛原油管道投产的影响

杲志强

中石化管道储运有限公司 江苏徐州 221008

摘要：管道投产主要有空管投油和水联运投油两种方式。水联运投油因其能够及时发现异常状况，降低投产期间跑油风险，在原油管道投产中得到广泛应用。管道投产期间，受空管和输量的影响，在地形起伏区域，下倾管段极易呈现不满流状态，管道气体形成滞止气囊，造成过流面积减小，沿程摩阻增大，影响投产期间的运行平稳。在大落差管段，这种影响将更加明显。

以日濮洛输油管道为例，管道沿线地形起伏大、翻越点多，在6km内的高程差最大达到了132m。大落差管段的存在将对投产期间管道充水排气、设备调试以及混油量控制带来不利影响。因此加强对大落差管段水联运过程分析，充分考虑气体对运行工况的影响，对管道投产的安全进行显得尤为重要。

关键词：大落差 原油管道 投产

1管道概况

日濮洛原油管道全长798km，近期设计输量1000×10⁴t/a，采用常温密闭顺序输送工艺。管道东起日照市岚山区，终点为洛阳市吉利区。全线共设置工艺站场6座，线路截断阀室35座（其中远控阀室25座），管道纵断面简图如图1所示。

图
1 日濮洛原油管道纵断面图

2 水联运充水过程分析

水联运可分为充水和充油2个阶段。在管道充水阶段，首站以水代替油品进行输送，驱离空管中的气体，建立背压。管道充水不仅可以充分进行设备试运，便于性能监测和调试，也有利于异常状况的及时处置。在管道充油阶段，首站输送原油进行油水置换，实现充水到正常输油的过渡，最终完成管道投产。

大落差管段充水时，在水头前行至高点B前，管内液体呈满流状态。当水头翻越高点B后，在重力作用下，水头和气体出现速度差，水头以不满管状态向下加速流动。在此过程中，气体压力将发生变化：一是水头以不满流由高点流至谷底，随着管道低洼处在积液的填充下逐渐以满管状态上升,对气体起到封闭的作用，此时气团尚未被压缩；二是当地形再次升高，气体压力大于大气压并开始被压缩时，气阻就形成了。如图2所示，假定A点的海拔为h1，B点海拔为h2，C点海拔为h3，D点水头海拔为h4。在不满流管段，A点的压头H_a=h4-h3+h2-h1；相同情况下，在满流管段，A点的压头H_a=h4-h1。对比以上二式可知，在气阻作用下，A点压头升高了h2-h3高度的水柱。因此，在管道水联运阶段，要高度关注大落差管段投产过程，加强分析，落实排气方案。

图2 管道充水示意图

3 气体对投产的影响

3.1气体对运行工况的影响

对于地势平坦的管道，气体多以分散的大气囊形式存在于管道上部；而在地势起伏较大的管道中，气体常积聚在管道高点，在水头前行过程中逐渐被压缩形成气阻效应。气阻效应可以向上游管段叠加，在落差较大管段，叠加现象将更加明显。如果不尽快将此段气体排出，运行参数将会发生剧烈波动。此状况不仅不利于投产期间流量控制，严重时甚至会引起管道超压，导致管道本体损坏，造成安全环保事故。

3.2 气体对设备运转的影响

管道中存在大量气体将会对输油设备的正常运转带来不利影响。在输油泵启动时，如果大量气体进入泵壳，由于空气密度远低于液体密度，叶轮旋转后产生的离心力较小，叶轮中心区所形成的低压不足以将泵入口液体吸入叶轮中心处，形成离心泵气缚。气缚将造成机械密封冲洗管路流量减小，引起机械密封散热不畅，泵壳温度急剧升高，严重时甚至会造成输油泵机械密封损坏和非正常停机。

气体的存在还会造成其他输油设备的损伤。当含气液体经过调节阀时，高速气体冲击阀芯易引起阀芯变形，造成调节阀损伤，影响压力调节性能。受气体影响，超声波流量计读数可能出现剧烈波动或无值的情况，给运行工况的分析判断和工艺决策的调整带来不利影响。当大量气体形成带压气团进入末站储罐时，气团在储罐中的突然释放还会造成浮船颠簸，影响浮船的稳定运行。

3.3 气体对混油量的影响

混油段的长度主要受两方面的影响：（1）地势起伏的输油管道,可以理解是由多个U形段组成的波形管段。在输量相对稳定时，U形段内油水的扩散达到相对稳定的状态。在这种情况下，混油量增加不是很大, 但混油的尾部会被拖的很长。（2）按照流体运动规律，单相流液体管道如果处于紊流状态,就不会形成大量的混油。但在投产过程中，由于气体段的存在,管道中形成原油-水-气体的三相流动。当油水界面爬坡时,在重力和气体阻力的作用下,在大落差管段会加速分层，即水下沉降到管道低洼处, 引起油中含水不均匀,造成爬坡段混油量剧增。

4 应对措施

4.1 充水方案

水联运按照充水长度可分为全线水联运和水隔离段后投油。全线水联运可以充分检验管道、输油设备以及联锁保护系统的技术性能，但此种方式需要首站大量储水或全线多点储水，污水的排放受沿线条件的制约。此种投产方式通常投产周期较长，混油量较多。且多点注水会将管道中的气体分割为多段，对排气小组的数量和排气点的设置要求较高。结合站场工艺和沿线概况，建议日濮洛原油管道采用水隔离段后投油的方式进行，充水量以阀室间最大管容的1.5倍为宜。同时为充分置换管内空气，避免大量气体进入充水管段，在管道充水时需要及时发送隔离球对气水界面进行隔离。

4.2 排气方案

4.2.1 利用沿程高点排气

对于地势较平缓的输油管道，投产排气通常以站场临时管线排气为主、阀室和收发球排气孔排气为辅的方式进行。但对于大落差输油管道，在管道低凹处水头液封作用下，现有排气方式无法将管道凸起处的积气充分排出，因此还应通过在高点设置临时管线的方式进行排气。

4.2.2 利用运行设备上的排气装置

为充分排除泵体内的气体，确保输油泵正常运行，可通过适当开启输油泵排气阀的方式进行排气。此外，也可通过倒通清管器收（发）球流程，利用清管器收（发）球筒上部的排气阀门排出气体，待气体排空后关闭排空阀门并倒回原流程。

4.3 发送水头清管器

为减少不同介质混合段长度，投产期间在不同界面通常发送界面清管器进行隔离（气水隔离段和水油隔离段）。首站在启泵注水后应及时发送气水隔离清管器，中间站场做好水头跟踪，在见水后及时排除前行污水，清理过滤器。确认上站清管器到达到本站后，及时切换发球流程，将本站气水隔离球发出。可以防止清水段大量进气，保证满管运行。为便于清管器的定位和跟踪，建议采用定位皮碗型清管器，过盈量4%。

4.4 其他措施

管道投产时水头往往含有大量杂质和气体，这些杂质和气体会堵塞管道并损害设备。投产过程中，为防止杂质对调节阀阀芯造成损伤，应提前导通调节阀旁通流程，待含有杂质较多的前行水头过站后，再恢复调节阀正常运行。采用此种方法可有效降低杂质堵塞阀芯的机率，防止正常运行中由于调节阀阀堵塞而导致管道压力、流量的震荡。

5 结语

管道水联运投产过程中，空管内积存气体会对管道的平稳运行带来不利影响，在大落差管段这种影响将尤为明显。为减少积气和气阻的产生，需要结合沿线站场实际，在完善充水和排气方案的基础上，加强运行方案调整，及时采取预防消减措施，才能确保投产的顺利实施。

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