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凝析油輸油管道方案的選擇
作者：張建國周文彬崔翔翔
來源：中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司第四設(shè)計(jì)研究院、中海石油葫蘆島精細(xì)化工有限責(zé)任公司點(diǎn)擊：
評論：
更新日期：2017年04月06日
摘要：分析凝析油管道輸送和油罐車輸送的優(yōu)缺點(diǎn)，以實(shí)際工程為例，對凝析油管道加熱輸送進(jìn)行水力計(jì)算和熱力計(jì)算。在滿足輸送壓力和溫度要求的前提下，利用管道輸送，中間不需設(shè)置加壓泵站和加熱站即可滿足輸送要求。既節(jié)省造價(jià)和輸送成本，又充分利用了規(guī)劃路由，凝析油采用管道輸送是可行的。
關(guān)鍵詞：凝析油；輸油管道；水力計(jì)算；熱力計(jì)算；輸油方式比較
SelectionofCondensateOilTransportatonPipelineScheme
Abstract：Theadvantagesanddisadvantagesoftwocondensateoiltransportationpipelineschemes，namelybypipelineandtanklorryareanalysed．Takingapracticalprojeetforexample，thehydraulicandthermodynamiccomputationsofheatedcondensateoiltransportationbypipelineareconducted．Underthepremiseofmeetingthetransportationpressureandtemperaturerequirements，thetransportationbypipelinecansatisfythetransportationrequirementswithoutboosterpumpstationandheatingstationinthemiddleoflransportationpipeline．Theconstructioncostandtransportationcostcanbesaved，whilemakingfulluseoftheplanningroute．Pipelineisafeasiblewaytotransportthecondensateoil．
Keywords：condensateoil；oiltransportationpipeline；hydrauliccomputation；thermodynamiccomputation；comparisonofoiltransportationways
1問題的提出
中海石油葫蘆島精細(xì)化工有限責(zé)任公司(以下簡稱精細(xì)化工公司)，成立于2006年8月，生產(chǎn)所需原料為中國海洋石油總公司(以下簡稱中海油)所屬的錦州202天然氣分離廠(以下簡稱202分離廠)的凝析油，目前采用公路油罐汽車運(yùn)輸。202分離廠現(xiàn)廠址在葫蘆島市龍港區(qū)的CBD規(guī)劃區(qū)內(nèi)，因城市規(guī)劃需要，202分離廠計(jì)劃搬遷到葫蘆島市北港工業(yè)園區(qū)。因此，精細(xì)化工公司生產(chǎn)原料凝析油的油罐車運(yùn)距將從目前的7km增加到35km左右，運(yùn)輸成本和運(yùn)輸安全隱患都將大大增加。恰逢錦西天然氣化工有限責(zé)任公司(以下簡稱錦天化)高壓天然氣管道項(xiàng)目正處于立項(xiàng)階段，其中錦天化輸送天然氣的管道路由與精細(xì)化工公司計(jì)劃采用管道輸送凝析油的管道路由大部分重合，因此，精細(xì)化工公司計(jì)劃與錦天化高壓天然氣管道同溝敷設(shè)輸油管道來輸送凝析油，從葫蘆島北港工業(yè)園區(qū)202分離廠敷設(shè)輸油管道至精細(xì)化工公司油罐區(qū)。
2010年，中海油提出了建設(shè)海上大慶的宏偉目標(biāo)，隨著中海油在渤海灣的勘探開發(fā)的顯著增加，2010年，中海油的JZ21-1油井和JZ20-2油井的凝析油產(chǎn)量達(dá)到了30104t／a。根據(jù)中海油未來油田的開發(fā)預(yù)測，其中的JZ20-2N油井計(jì)劃于2015年1月1日投產(chǎn)，JZ20-2N油井的油氣也將上岸到202分離廠，屆時(shí)，202分離廠的凝析油產(chǎn)量將達(dá)到70104t／a。
2公路運(yùn)輸與管道運(yùn)輸?shù)谋容^[1]
2.1公路運(yùn)輸方式的特點(diǎn)
公路運(yùn)輸是運(yùn)輸市場的重要組成部分，目前公路運(yùn)輸方式在綜合運(yùn)輸方式中的發(fā)展速度尤為明顯。
2．1．1公路運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)
①公路運(yùn)輸具有機(jī)動、靈活、可以實(shí)現(xiàn)門到門運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。公路運(yùn)輸不但可以進(jìn)行直達(dá)運(yùn)輸，而且在運(yùn)輸時(shí)間上具有非常強(qiáng)的機(jī)動性和靈活性，也能為鐵路運(yùn)輸、航空運(yùn)輸和水運(yùn)集散貨物運(yùn)輸提供支持，對貨運(yùn)和客運(yùn)的運(yùn)量大小都有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
②建設(shè)造價(jià)較低，資金周轉(zhuǎn)較快，投資回收期較短。
③送達(dá)的速度快。由于公路運(yùn)輸具有機(jī)動、靈活、門到門運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，在運(yùn)輸?shù)倪^程中可以不轉(zhuǎn)載，因此，在中、短途運(yùn)輸中具有較快的送達(dá)速度。
④公路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸工具和一些相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)改造相對容易。
2．1．2公路運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)
①公路運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)主要是能耗高和單位運(yùn)輸成本較高，一般不適用于大宗、長距離貨物的運(yùn)輸。
②公路運(yùn)輸?shù)陌踩暂^差。
③公路運(yùn)輸對環(huán)境的污染較重。
2.2管道運(yùn)輸方式的特點(diǎn)
2．2．1管道運(yùn)輸方式的優(yōu)點(diǎn)
①運(yùn)量大，運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性強(qiáng)，與鐵路運(yùn)輸相比造價(jià)低。
②受外界限制少，可以長期穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，由于管道埋于地下，若不發(fā)生管道泄漏，則幾乎不會對環(huán)境造成污染。
③便于管理，易于實(shí)現(xiàn)集中控制，勞動生產(chǎn)率高。
④能耗低，運(yùn)輸成本低。
⑤占地少，受地形限制少。
2．2．2管道運(yùn)輸方式的缺點(diǎn)
①管道運(yùn)輸主要適合運(yùn)送一些氣體、液體或者流體狀的物品，是一種專用的運(yùn)輸方式，局限性就體現(xiàn)在只能運(yùn)送一些特定的貨物。
②管道運(yùn)輸適于大量、單向、定點(diǎn)的運(yùn)輸，不如公路運(yùn)輸靈活。
2.3公路運(yùn)輸與管道運(yùn)輸安全性比較
油品屬易燃易爆易揮發(fā)物質(zhì)，在罐車裝卸和運(yùn)輸過程中，容易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。盡管采取種種防范措施，但是此類火災(zāi)爆炸事故仍時(shí)有發(fā)生。隨著油品運(yùn)輸任務(wù)的不斷增加，公路油罐車運(yùn)輸所帶來的安全問題日益突出。
與罐車運(yùn)輸方式相比，管道運(yùn)輸所輸送的油品介質(zhì)密閉在高壓密閉的管道中，在壓差的作用下向前運(yùn)行，且管道深埋在地下，這就使管道運(yùn)輸具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，能夠從根本上改善油品運(yùn)輸?shù)陌踩珷顩r。
公路運(yùn)輸與管道運(yùn)輸?shù)陌踩员容^主要體現(xiàn)在以下3方面：
①空罐隱患
油罐車卸油后，車內(nèi)殘油繼續(xù)揮發(fā)的可燃?xì)怏w與空氣混合，往往處于爆炸范圍，充滿油罐。因此，卸油后的空罐危險(xiǎn)性依然很大。
管道運(yùn)輸是單向運(yùn)輸，不存在油品卸空返程現(xiàn)象。管道運(yùn)輸是連續(xù)性輸送，即使停輸管內(nèi)也充滿油品，不存在卸油后的空置現(xiàn)象。管道運(yùn)輸沒有罐車運(yùn)輸?shù)拇祟愲[患，不會發(fā)生類似的事故。
②油品的供給安全
管道輸送很少受天氣條件的限制。管道埋設(shè)在深度至少1m的地下，能夠在惡劣天氣條件下正常運(yùn)行，保證對用戶的油品供給。而油罐車運(yùn)輸會受到惡劣天氣條件的影響。這在地理環(huán)境和氣候條件惡劣的地方表現(xiàn)得尤為突出。
③油品的使用安全
油罐車運(yùn)輸會降低油品質(zhì)量。頻繁裝卸會降低油品中輕質(zhì)組分的含量，低質(zhì)量的油品影響耗油機(jī)械的安全運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)輸特殊油品時(shí)(尤其是輕質(zhì)油品時(shí))問題尤為突出。
管道輸送的密閉性能夠有效地避免輕質(zhì)組分散失，減少雜質(zhì)和水分對油品的污染。管道輸送能夠保證油品的質(zhì)量，從而保證耗油機(jī)械的運(yùn)行安全。
總之，油品管道運(yùn)輸?shù)陌踩源蟠蟾哂诠贰㈣F路運(yùn)輸。近年來，我國油品輸送管道發(fā)展迅速，管道運(yùn)輸所占比例快速增加，無疑我國油品運(yùn)輸?shù)陌踩珷顩r會得到很大改善。
3系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)
凝析油是指從凝析氣田的天然氣凝析出來的液相組分，又稱天然汽油。其主要成分是C5至C8烴類的混合物，并含有少量的大于C8的烴類以及二氧化硫、噻吩類和多硫化物等雜質(zhì)。其餾分多在20～200℃范圍，揮發(fā)性好。凝析油是管式爐裂解制取乙烯的良好原料，也可以經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)化制取合成氣或氫氣，凝析油經(jīng)加工還可以制得輕質(zhì)液體燃料。
凝析油可以直接用作燃料，并且是煉油工業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料，通常石腦油收率在60％～80％，柴油收率在20％～40％，API值(美國石油學(xué)會采用的一種公認(rèn)的石油相對密度指標(biāo)，可粗略衡量石油的質(zhì)量，API值越高，可提煉越多的高級精煉油品)在50以上。
本項(xiàng)目輸送的凝析油是中海油JZ21-1油井和JZ20-2油井經(jīng)202分離廠油氣分離后的凝析油按體積比為1：1混合后的產(chǎn)品，屬輕質(zhì)含蠟原油。
①凝析油主要基礎(chǔ)參數(shù)
50℃時(shí)密度：810kg/m3；
凝固點(diǎn)：14℃；
析蠟起始點(diǎn)溫度：28.49℃。
②首站(202分離廠)交油條件：
年最大輸油量：50104t／a：
首站出站溫度：62℃；
首站出站壓力：1.2MPa。
③末站(精細(xì)化工公司油罐區(qū))收油條件
年最大收油量：50104t／a：
末站到站溫度：30℃：
末站到站壓力：0.4MPa。
4輸油管道設(shè)計(jì)參數(shù)
最大設(shè)計(jì)輸油量：50104t／a：
管道設(shè)計(jì)壓力：4.0MPa；
管道設(shè)計(jì)溫度：75℃；
管道運(yùn)行壓力：0.4～1.2MPa：
首站出站油溫：62℃；
管道運(yùn)行溫度：30～62℃。
輸油管道采用無縫鋼管，規(guī)格為2196.0，材質(zhì)為Q345，外護(hù)管為3156.0高密度聚乙烯管，保溫材料為聚氨酯泡沫塑料。
5輸油管道水力計(jì)算
根據(jù)GB502532003《輸油管道設(shè)計(jì)規(guī)范》(2006年版)第3．2．3條，輸油管道沿程水力摩阻損失按下式計(jì)算：
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式中h管道內(nèi)沿程水力摩阻損失，m
l水力摩阻系數(shù)
L管道計(jì)算長度，m
d輸油管道的內(nèi)直徑，m
v流體在管道內(nèi)的平均流速，m／s
g重力加速度，m/s2，取9.81m／s2
qv輸油平均溫度下的體積流量，m3／s
輸油管道水力計(jì)算條件及計(jì)算結(jié)果見表1。
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末站精細(xì)化工公司油罐區(qū)要求余壓應(yīng)大于等于0.40MPa，加上沿程阻力損失0.656MPa和5％的局部阻力損失，則起點(diǎn)壓力需要1.09MPa。所以首站出站壓力為1.20MPa可以滿足輸送的壓力要求。
6輸油管道熱力計(jì)算
根據(jù)GB502532003《輸油管道設(shè)計(jì)規(guī)范》第3．2．5條，埋地輸油管道沿線溫降按下式計(jì)算：
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式中t1計(jì)算管段的起點(diǎn)油溫，℃
t2計(jì)算管段的終點(diǎn)油溫，℃
t0埋地管道中心處最冷月平均地溫，℃
i管道水力坡降，m／m
c凝析油比熱容，kJ／(kgK)
K總傳熱系數(shù)，W／(m2．K)
D管道外直徑，m
qm油品質(zhì)量流量，kg／s
輸油管道熱力計(jì)算條件及計(jì)算結(jié)果見表2。
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表2中，總傳熱系數(shù)K值的選取條件：輸油鋼質(zhì)管道外直徑為219mm、壁厚為6mm，外護(hù)管外直徑為315mm、壁厚為6mm，保溫材料為聚氨酯泡沫塑料，保溫層厚度為40mm，土壤環(huán)境為潮濕。按照《油田油氣集輸設(shè)計(jì)技術(shù)手冊》表8-2-16[3]，總傳熱系數(shù)K取1.280W／(m2K)。
設(shè)計(jì)要求末站油罐的最低溫度要高于輸送介質(zhì)的析蠟點(diǎn)溫度，保證在輸送過程中不結(jié)蠟，同時(shí)還要滿足高于凝固點(diǎn)5℃以上，經(jīng)上述熱力計(jì)算，輸油管道起點(diǎn)油溫為62℃時(shí)可以滿足要求。
7線路走向與輸送成本分析
①管道敷設(shè)路由
本項(xiàng)目線路全長約25km，起點(diǎn)為202分離廠，終點(diǎn)為精細(xì)化工公司油罐區(qū)。途經(jīng)創(chuàng)業(yè)路、泰山路，經(jīng)過五里河一側(cè)的干河床，在五里河與環(huán)城路交匯處上岸，而后沿環(huán)城路向南穿越化東路、興園路至綠蔭路，最后到達(dá)精細(xì)化工公司的油罐區(qū)。
②輸送成本對比
本項(xiàng)目工程總造價(jià)為6390104元，正常年份總成本(包括人工工資、折舊及運(yùn)行修理等費(fèi)用)為485104元／a。原來的公路運(yùn)輸從7km增加到35km，運(yùn)輸成本從23元／t提高到45元／t左右，改成管道運(yùn)輸后，輸送成本將降低到10元／t左右。
因?yàn)殄\天化也是202分離廠的下游天然氣用戶，由于202分離廠的搬遷，錦天化也要實(shí)施天然氣輸氣管道項(xiàng)目，本項(xiàng)目輸油管道路由與天然氣輸氣管道路由大部分相同，建議實(shí)施時(shí)在滿足規(guī)范要求的前提下爭取同溝敷設(shè)，這樣不但可以簡化手續(xù)，也將節(jié)省造價(jià)。
本項(xiàng)目是因城市規(guī)劃調(diào)整而造成精細(xì)化工有限公司生產(chǎn)原料輸送方式的改變，通過上述分析及計(jì)算，采用埋地保溫管道輸送凝析油，中間不需設(shè)置加壓泵站和加熱站即可滿足輸送要求。因此，無論是從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上，還是安全環(huán)保上，本項(xiàng)目凝析油采用管道輸送是一種切實(shí)可行的方式。
參考文獻(xiàn)：
[1]張雪琴，曹立新．各種運(yùn)輸方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征比較分析[J]．交通與運(yùn)輸，2013(Z1)：171-172．
[2]黃春芳．油氣管道設(shè)計(jì)與施工[M]．北京：中國石化出版社，2008：59．
[3]《油田油氣集輸設(shè)計(jì)技術(shù)手冊》編寫組．油田油氣集輸設(shè)計(jì)技術(shù)手冊[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1994：708．
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