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[摘 要]目前油田开采已进入中晚期，产量进入了低产阶段，其外输管线的实际输量已低于设计输量。一方面管道低输量必然引起单位吨油输送成本升高，另一方面由于输量下降，管道的热力条件也随之下降，使得管道内壁结蜡加快，进而引起管道摩阻上升，管道运行的稳定性下降。若管道运行中出现突发事件，如泵机组故障或管道泄漏，管道很容易进入不稳定工作状态，进而引起事故。所以，低输量管道的运行既不经济也不安全，需对其稳定性、蜡沉积积规律进行分析研究，加强安全措施，以保证低输量原油管道的安全运行。
[关键词]管道 输量 安全
中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-266-01
1 低输量运行的不稳定性分析
1.1低输量问题的界定
一般将管道输量低于加热正输允许的最低输量的管道称之为低输量管道。管道低输量问题指的是热油输送管道在降量输送时所引发的问题。对加热输油管道，正常输量时，原油温度和摩阻会随输量的减少而降低，但当输量减少到一定程度后，管道运行会出现不稳定，即随着输量的减少，摩阻不仅不降低反而增大，形成输量越少摩阻越大的恶性循环。因此，管道低输量运行问题在本质上表现为管道输油能否平稳地进行。
1.2低输量对热油管道特性的影响
管道低输量问题反映在管道工作特性上，就是随着输量的降低，热油管道的工作点由稳定工作区向不稳定工作区移动。分析输量与热能、动能损失的关系如下：⑴输量与热油温度之间的变化关系。当上游站出站温度一定的情况下，下游加热站进站温度与输量的变化成反比关系，输量越小，进站温度越低。⑵输量Q与管道摩阻损失之间的变化关系。管道的摩阻损失随流体的流态和流型的变化有很大变化。由列宾宗公式可得管道沿程摩阻，可以看出摩阻的变化与以下几种因素有关，①流量。当进行常温输送时，油品的温度和粘度基本不变，摩阻随输量的减小而单调下降。②粘度：粘度与温度成反比关系，当流体的类型为牛顿流体时，粘度随温度变化缓慢，但非牛顿流体受温度影响很大。③当量管径。随着输量的减少，管道沿线温降增大，当管道油温低于析蜡点后，管壁上的结蜡层会增厚，减小当量通径。并且输量的减少会使管壁剪切速率变小，流速对粘壁油层的剪切冲刷作用相对减弱，更多的稠油粘附在管壁上，使当量管径减小。在油流处于层流或紊流光滑区时，摩阻分别与管径的4次方或4.75次方成反比，因此当量管径减少会使摩阻增加。
2 低输量下管壁结蜡层对管道工作特性影响分析
2.1考虑结蜡层影响时管道摩阻计算的方法
由于管壁结蜡，导致管线的实际流通面积减小，势必对管线的摩阻产生影响。然而由于沿线温度逐渐下降，热含蜡管道沿线的结蜡层厚度是不同的。对于长输埋地热油管道，在水力计算时为考虑结蜡层对摩阻的影响，通常采用用平均当量结蜡厚度和平均综合传热系数来进行计算。一般可使用管道实际运行数据来反算管壁平均结蜡厚度和平均综合传热系数。（1）平均结蜡厚度。可根据一段管道的运行参数反算当量管内径，然后再计算结蜡层平均当量厚度。（2）管道的平均总传热系数。总传热系数 随着结蜡层厚度的变化而变化。因为钢材的导热能力很强，对总传热系数的影响很小，可忽略，只考虑结蜡层和防腐层的热阻及油流与管壁之间、管外壁与土壤之间的放热系数。由公式可知总传热系数 是结蜡层厚度等参数的函数。
2.2 管道结蜡层对管道特性的影响
热油管道的结蜡层对管道特性有正反两方面的影响，一方面，管壁上逐渐形成结蜡层，缩小了通流面积，当量直径 减小，使管道摩阻增加；另一方面，结蜡层的导热系数较小，一般为0.115W/ m ℃。当结蜡层达到20 mm以上时，相当于管壁上增加了一个天然保温层，使管线的散热量减小，当出站油温和输量不变时，结蜡层的保温作用将提高下游站的进站油温。而油温增加，会使粘度下降，管道摩阻减小。当原油管道正常输量运行时，结蜡层所起的主要作用是引起摩阻的升高。当低输量运行时，原油在很长一段管道内呈现非牛顿流体的特性，其表观粘度随温度变化很大，结蜡层有可能使摩阻降低。如果管道内壁有较厚结蜡，当流量增大时，由于过流断面较小，可能会造成管道压力过大。当流量减少时，结蜡将继续增厚，如果当量管径对摩阻的影响超过了粘度降低的影响时，摩阻会迅速增大，出现不稳定区。
3 计算实例
一条长70千米， 720×8管线，外敷10毫米的防腐层，管道埋深1.5 ，土壤、防腐层和石蜡的导热系数分别为1.2、0.17和0.08 。采用分段法预测沿线各段不同季节时清蜡后第五天、第十天和第十五天时的结蜡分布情况。流量对蜡沉积速率的影响较大。日输量为1.2万吨时，清蜡后第十五天沿线的最大结蜡厚度为7.1毫米，而日输量为1.5万吨时结蜡厚度为5.7毫米. 这是由于流量增大时，油流对管壁的冲刷作用增强，蜡沉积速率减小. 同时由于管道沿线的温度分布不同，结蜡严重管段出现的位置也不同。
可以看出进站温度升高为36℃之后，出站口的结蜡比进站温度为34℃时要少，结蜡严重管段远离管道上游，但最大結蜡厚度和平均结蜡厚度相差不大。实际管道的进站温度在33℃～38℃之间变动.取这个温度范围内的其它温度进行预测，结果与上述结论相同。可见想在有限的温度范围内通过改变进出站油温来减少结蜡，作用不是很大；但是当输油生产对结蜡严重管段的位置比较关心时，就应该注意进出站油温的选择了，地温由2℃提高到17℃，其它条件不变. 可以看到清蜡后第十五天的最大结蜡厚度也由7.1毫米减小为3.9毫米，除了管道上游结蜡较为严重以外，其它位置的管段结蜡很少而且厚度较为均匀。这是因为地温升高之后油壁温差减小，径向温度梯度也减小，管道首末两端的温差较小，油流温度较低，无论从温度角度考虑还是从径向温度梯度角度考虑，地温升高以后的工况都远离结蜡高峰区，因此蜡沉积速率变小。所以在清蜡后的相同时间内，管道在夏季的结蜡厚度比在冬季的结蜡厚度小。
4 结果分析与结论
（1）管道输量应明显高于临界安全输量，留有一定安全余量，以保证输油安全。（2）管道运行时泵压要有一定的富余量，一旦发生不稳定状况，可以马上提高泵压，增加输量，以脱离不稳定运行区域。（3）流量对蜡沉积速率的影响较大。这是由于流量增大时，油流对管壁的冲刷作用增强，蜡沉积速率减小。同时由于管道沿线的温度分布不同，结蜡严重管段出现的位置也不同。（4）随着进站温度的升高，出站口的结蜡量减少，结蜡严重管段远离管道上游，但最大结蜡厚度和平均结蜡厚度相差不大。可见，想在有限的温度范围内通过改变进出站油温来减少结蜡，作用不是很大；但是当输油生产对结蜡严重管段的位置比较关心时，就应该注意进出站油温的选择了。（5）确定合理的结蜡厚度，就可以降低管线的输油能耗。
参考文献：
[1]梅海燕，孔祥言，张茂林，李士伦，孙雷，孙良田.预测石蜡沉积的热力学模型[J].石油勘探与开发，2000，27（1），84-86
[2] 张秀杰、刘天佑等：热油管道低输量的安全运行[J]，油气储运，2003，22（4）8～13
作者简介：
刘炜，1982.10月出生，男，硕士学历，2010年毕业于辽宁石油化工大学油气储运专业，现任胜利油田胜利采油厂坨一联合站技术员，助理工程师。
[关键词]管道 输量 安全
中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-266-01
1 低输量运行的不稳定性分析
1.1低输量问题的界定
一般将管道输量低于加热正输允许的最低输量的管道称之为低输量管道。管道低输量问题指的是热油输送管道在降量输送时所引发的问题。对加热输油管道，正常输量时，原油温度和摩阻会随输量的减少而降低，但当输量减少到一定程度后，管道运行会出现不稳定，即随着输量的减少，摩阻不仅不降低反而增大，形成输量越少摩阻越大的恶性循环。因此，管道低输量运行问题在本质上表现为管道输油能否平稳地进行。
1.2低输量对热油管道特性的影响
管道低输量问题反映在管道工作特性上，就是随着输量的降低，热油管道的工作点由稳定工作区向不稳定工作区移动。分析输量与热能、动能损失的关系如下：⑴输量与热油温度之间的变化关系。当上游站出站温度一定的情况下，下游加热站进站温度与输量的变化成反比关系，输量越小，进站温度越低。⑵输量Q与管道摩阻损失之间的变化关系。管道的摩阻损失随流体的流态和流型的变化有很大变化。由列宾宗公式可得管道沿程摩阻，可以看出摩阻的变化与以下几种因素有关，①流量。当进行常温输送时，油品的温度和粘度基本不变，摩阻随输量的减小而单调下降。②粘度：粘度与温度成反比关系，当流体的类型为牛顿流体时，粘度随温度变化缓慢，但非牛顿流体受温度影响很大。③当量管径。随着输量的减少，管道沿线温降增大，当管道油温低于析蜡点后，管壁上的结蜡层会增厚，减小当量通径。并且输量的减少会使管壁剪切速率变小，流速对粘壁油层的剪切冲刷作用相对减弱，更多的稠油粘附在管壁上，使当量管径减小。在油流处于层流或紊流光滑区时，摩阻分别与管径的4次方或4.75次方成反比，因此当量管径减少会使摩阻增加。
2 低输量下管壁结蜡层对管道工作特性影响分析
2.1考虑结蜡层影响时管道摩阻计算的方法
由于管壁结蜡，导致管线的实际流通面积减小，势必对管线的摩阻产生影响。然而由于沿线温度逐渐下降，热含蜡管道沿线的结蜡层厚度是不同的。对于长输埋地热油管道，在水力计算时为考虑结蜡层对摩阻的影响，通常采用用平均当量结蜡厚度和平均综合传热系数来进行计算。一般可使用管道实际运行数据来反算管壁平均结蜡厚度和平均综合传热系数。（1）平均结蜡厚度。可根据一段管道的运行参数反算当量管内径，然后再计算结蜡层平均当量厚度。（2）管道的平均总传热系数。总传热系数 随着结蜡层厚度的变化而变化。因为钢材的导热能力很强，对总传热系数的影响很小，可忽略，只考虑结蜡层和防腐层的热阻及油流与管壁之间、管外壁与土壤之间的放热系数。由公式可知总传热系数 是结蜡层厚度等参数的函数。
2.2 管道结蜡层对管道特性的影响
热油管道的结蜡层对管道特性有正反两方面的影响，一方面，管壁上逐渐形成结蜡层，缩小了通流面积，当量直径 减小，使管道摩阻增加；另一方面，结蜡层的导热系数较小，一般为0.115W/ m ℃。当结蜡层达到20 mm以上时，相当于管壁上增加了一个天然保温层，使管线的散热量减小，当出站油温和输量不变时，结蜡层的保温作用将提高下游站的进站油温。而油温增加，会使粘度下降，管道摩阻减小。当原油管道正常输量运行时，结蜡层所起的主要作用是引起摩阻的升高。当低输量运行时，原油在很长一段管道内呈现非牛顿流体的特性，其表观粘度随温度变化很大，结蜡层有可能使摩阻降低。如果管道内壁有较厚结蜡，当流量增大时，由于过流断面较小，可能会造成管道压力过大。当流量减少时，结蜡将继续增厚，如果当量管径对摩阻的影响超过了粘度降低的影响时，摩阻会迅速增大，出现不稳定区。
3 计算实例
一条长70千米， 720×8管线，外敷10毫米的防腐层，管道埋深1.5 ，土壤、防腐层和石蜡的导热系数分别为1.2、0.17和0.08 。采用分段法预测沿线各段不同季节时清蜡后第五天、第十天和第十五天时的结蜡分布情况。流量对蜡沉积速率的影响较大。日输量为1.2万吨时，清蜡后第十五天沿线的最大结蜡厚度为7.1毫米，而日输量为1.5万吨时结蜡厚度为5.7毫米. 这是由于流量增大时，油流对管壁的冲刷作用增强，蜡沉积速率减小. 同时由于管道沿线的温度分布不同，结蜡严重管段出现的位置也不同。
可以看出进站温度升高为36℃之后，出站口的结蜡比进站温度为34℃时要少，结蜡严重管段远离管道上游，但最大結蜡厚度和平均结蜡厚度相差不大。实际管道的进站温度在33℃～38℃之间变动.取这个温度范围内的其它温度进行预测，结果与上述结论相同。可见想在有限的温度范围内通过改变进出站油温来减少结蜡，作用不是很大；但是当输油生产对结蜡严重管段的位置比较关心时，就应该注意进出站油温的选择了，地温由2℃提高到17℃，其它条件不变. 可以看到清蜡后第十五天的最大结蜡厚度也由7.1毫米减小为3.9毫米，除了管道上游结蜡较为严重以外，其它位置的管段结蜡很少而且厚度较为均匀。这是因为地温升高之后油壁温差减小，径向温度梯度也减小，管道首末两端的温差较小，油流温度较低，无论从温度角度考虑还是从径向温度梯度角度考虑，地温升高以后的工况都远离结蜡高峰区，因此蜡沉积速率变小。所以在清蜡后的相同时间内，管道在夏季的结蜡厚度比在冬季的结蜡厚度小。
4 结果分析与结论
（1）管道输量应明显高于临界安全输量，留有一定安全余量，以保证输油安全。（2）管道运行时泵压要有一定的富余量，一旦发生不稳定状况，可以马上提高泵压，增加输量，以脱离不稳定运行区域。（3）流量对蜡沉积速率的影响较大。这是由于流量增大时，油流对管壁的冲刷作用增强，蜡沉积速率减小。同时由于管道沿线的温度分布不同，结蜡严重管段出现的位置也不同。（4）随着进站温度的升高，出站口的结蜡量减少，结蜡严重管段远离管道上游，但最大结蜡厚度和平均结蜡厚度相差不大。可见，想在有限的温度范围内通过改变进出站油温来减少结蜡，作用不是很大；但是当输油生产对结蜡严重管段的位置比较关心时，就应该注意进出站油温的选择了。（5）确定合理的结蜡厚度，就可以降低管线的输油能耗。
参考文献：
[1]梅海燕，孔祥言，张茂林，李士伦，孙雷，孙良田.预测石蜡沉积的热力学模型[J].石油勘探与开发，2000，27（1），84-86
[2] 张秀杰、刘天佑等：热油管道低输量的安全运行[J]，油气储运，2003，22（4）8～13
作者简介：
刘炜，1982.10月出生，男，硕士学历，2010年毕业于辽宁石油化工大学油气储运专业，现任胜利油田胜利采油厂坨一联合站技术员，助理工程师。