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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計研究總院有限公司第四設計研究院、中海石油葫蘆島精細化工有限責任公司點擊：
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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，以實際工程為例，對凝析油管道加熱輸送進行水力計算和熱力計算。在滿足輸送壓力和溫度要求的前提下，利用管道輸送，中間不需設置加壓泵站和加熱站即可滿足輸送要求。既節(jié)省造價和輸送成本，又充分利用了規(guī)劃路由，凝析油采用管道輸送是可行的。
關鍵詞：凝析油；輸油管道；水力計算；熱力計算；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化工有限責任公司(以下簡稱精細化工公司)，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分離廠計劃搬遷到葫蘆島市北港工業(yè)園區(qū)。因此，精細化工公司生產(chǎn)原料凝析油的油罐車運距將從目前的7km增加到35km左右，運輸成本和運輸安全隱患都將大大增加。恰逢錦西天然氣化工有限責任公司(以下簡稱錦天化)高壓天然氣管道項目正處于立項階段，其中錦天化輸送天然氣的管道路由與精細化工公司計劃采用管道輸送凝析油的管道路由大部分重合，因此，精細化工公司計劃與錦天化高壓天然氣管道同溝敷設輸油管道來輸送凝析油，從葫蘆島北港工業(yè)園區(qū)202分離廠敷設輸油管道至精細化工公司油罐區(qū)。
2010年，中海油提出了建設海上大慶的宏偉目標，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)量達到了30104t／a。根據(jù)中海油未來油田的開發(fā)預測，其中的JZ20-2N油井計劃于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，202分離廠的凝析油產(chǎn)量將達到70104t／a。
2公路運輸與管道運輸?shù)谋容^[1]
2.1公路運輸方式的特點
公路運輸是運輸市場的重要組成部分，目前公路運輸方式在綜合運輸方式中的發(fā)展速度尤為明顯。
2．1．1公路運輸?shù)膬?yōu)點
①公路運輸具有機動、靈活、可以實現(xiàn)門到門運輸?shù)奶攸c。公路運輸不但可以進行直達運輸，而且在運輸時間上具有非常強的機動性和靈活性，也能為鐵路運輸、航空運輸和水運集散貨物運輸提供支持，對貨運和客運的運量大小都有很強的適應性。
②建設造價較低，資金周轉(zhuǎn)較快，投資回收期較短。
③送達的速度快。由于公路運輸具有機動、靈活、門到門運輸?shù)奶攸c，在運輸?shù)倪^程中可以不轉(zhuǎn)載，因此，在中、短途運輸中具有較快的送達速度。
④公路運輸?shù)倪\輸工具和一些相關基礎設施的技術改造相對容易。
2．1．2公路運輸?shù)娜秉c
①公路運輸?shù)娜秉c主要是能耗高和單位運輸成本較高，一般不適用于大宗、長距離貨物的運輸。
②公路運輸?shù)陌踩暂^差。
③公路運輸對環(huán)境的污染較重。
2.2管道運輸方式的特點
2．2．1管道運輸方式的優(yōu)點
①運量大，運輸?shù)倪B續(xù)性強，與鐵路運輸相比造價低。
②受外界限制少，可以長期穩(wěn)定連續(xù)運行，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，易于實現(xiàn)集中控制，勞動生產(chǎn)率高。
④能耗低，運輸成本低。
⑤占地少，受地形限制少。
2．2．2管道運輸方式的缺點
①管道運輸主要適合運送一些氣體、液體或者流體狀的物品，是一種專用的運輸方式，局限性就體現(xiàn)在只能運送一些特定的貨物。
②管道運輸適于大量、單向、定點的運輸，不如公路運輸靈活。
2.3公路運輸與管道運輸安全性比較
油品屬易燃易爆易揮發(fā)物質(zhì)，在罐車裝卸和運輸過程中，容易發(fā)生火災爆炸事故。盡管采取種種防范措施，但是此類火災爆炸事故仍時有發(fā)生。隨著油品運輸任務的不斷增加，公路油罐車運輸所帶來的安全問題日益突出。
與罐車運輸方式相比，管道運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行，且管道深埋在地下，這就使管道運輸具有明顯的優(yōu)點，能夠從根本上改善油品運輸?shù)陌踩珷顩r。
公路運輸與管道運輸?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)的可燃氣體與空氣混合，往往處于爆炸范圍，充滿油罐。因此，卸油后的空罐危險性依然很大。
管道運輸是單向運輸，不存在油品卸空返程現(xiàn)象。管道運輸是連續(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。管道運輸沒有罐車運輸?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。管道埋設在深度至少1m的地下，能夠在惡劣天氣條件下正常運行，保證對用戶的油品供給。而油罐車運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械的安全運行。當運輸特殊油品時(尤其是輕質(zhì)油品時)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，從而保證耗油機械的運行安全。
總之，油品管道運輸?shù)陌踩源蟠蟾哂诠贰㈣F路運輸。近年來，我國油品輸送管道發(fā)展迅速，管道運輸所占比例快速增加，無疑我國油品運輸?shù)陌踩珷顩r會得到很大改善。
3系統(tǒng)主要設計參數(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(美國石油學會采用的一種公認的石油相對密度指標，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凝析油主要基礎參數(shù)
50℃時密度：810kg/m3；
凝固點：14℃；
析蠟起始點溫度：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輸油管道設計參數(shù)
最大設計輸油量：50104t／a：
管道設計壓力：4.0MPa；
管道設計溫度：75℃；
管道運行壓力：0.4～1.2MPa：
首站出站油溫：62℃；
管道運行溫度：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輸油管道水力計算
根據(jù)GB502532003《輸油管道設計規(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
輸油管道水力計算條件及計算結(jié)果見表1。
""height="330"src="/UploadFiles/2017001/20174/Essay/201704060023078307.jpg"width="400"/>
末站精細化工公司油罐區(qū)要求余壓應大于等于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輸油管道熱力計算
根據(jù)GB502532003《輸油管道設計規(guī)范》第3．2．5條，埋地輸油管道沿線溫降按下式計算：
""height="144"src="/UploadFiles/2017001/20174/Essay/201704060023070709.jpg"width="400"/>
式中t1計算管段的起點油溫，℃
t2計算管段的終點油溫，℃
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
輸油管道熱力計算條件及計算結(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《油田油氣集輸設計技術手冊》表8-2-16[3]，總傳熱系數(shù)K取1.280W／(m2K)。
設計要求末站油罐的最低溫度要高于輸送介質(zhì)的析蠟點溫度，保證在輸送過程中不結(jié)蠟，同時還要滿足高于凝固點5℃以上，經(jīng)上述熱力計算，輸油管道起點油溫為62℃時可以滿足要求。
7線路走向與輸送成本分析
①管道敷設路由
本項目線路全長約25km，起點為202分離廠，終點為精細化工公司油罐區(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，最后到達精細化工公司的油罐區(qū)。
②輸送成本對比
本項目工程總造價為6390104元，正常年份總成本(包括人工工資、折舊及運行修理等費用)為485104元／a。原來的公路運輸從7km增加到35km，運輸成本從23元／t提高到45元／t左右，改成管道運輸后，輸送成本將降低到10元／t左右。
因為錦天化也是202分離廠的下游天然氣用戶，由于202分離廠的搬遷，錦天化也要實施天然氣輸氣管道項目，本項目輸油管道路由與天然氣輸氣管道路由大部分相同，建議實施時在滿足規(guī)范要求的前提下爭取同溝敷設，這樣不但可以簡化手續(xù)，也將節(jié)省造價。
本項目是因城市規(guī)劃調(diào)整而造成精細化工有限公司生產(chǎn)原料輸送方式的改變，通過上述分析及計算，采用埋地保溫管道輸送凝析油，中間不需設置加壓泵站和加熱站即可滿足輸送要求。因此，無論是從技術經(jīng)濟上，還是安全環(huán)保上，本項目凝析油采用管道輸送是一種切實可行的方式。
參考文獻：
[1]張雪琴，曹立新．各種運輸方式的技術經(jīng)濟特征比較分析[J]．交通與運輸，2013(Z1)：171-172．
[2]黃春芳．油氣管道設計與施工[M]．北京：中國石化出版社，2008：59．
[3]《油田油氣集輸設計技術手冊》編寫組．油田油氣集輸設計技術手冊[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1994：708．
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