摘要：根據熱油管道的工作特性，分析管道輸量降低時對原油管道運行參數的影響，找到低輸量原油管道運行中的各項不穩定因素，并且提出安全防護的措施，以保證低輸量原油管道的安全運行。
　　
　　關鍵詞：原油管道；低輸量；安全分析
　　
　　
　　低輸量是指管道輸量低于加熱正輸允許的最低輸量，而低輸量問題是指管道在這樣的輸量下能否平穩運行。低輸量導致原油進站溫度下降，而我國盛產“三高”(高含蠟、高粘度、高凝點)原油，其流動性能受溫度影響很大，所以我國原油管道在低輸量運行出現的問題十分突出。因此，有必要分析原油管道工作特性，找出低輸量對原油管道運行安全的影響，提出安全措施及建議，以加強管理、保證管道的安全運行。
　　1.低輸量對原油管道工作特性的影響
　　原油管道能夠正常運行的基本要求是，提供的壓力能要大于克服位差和摩阻損失產生的壓力消耗。對一條已建成的管道，其高程差是不變的，而管道摩阻損失的變化較大。因此，以下主要分析低輸量對管道摩阻的影響。每米管路摩阻計算公式為：
　　(1)
　　1．1管道沿線溫度下降
　　加熱輸送原油溫度與管外環境溫度相差大，在徑向溫差的作用下原油不斷向外散熱，沿線溫度逐漸降低。當輸量減少時，油流速度減慢，這樣單位油流在管內散熱時間加長，使管道沿線溫度下降更快。
　　1．2原油粘度上升
　　輸量降低使油溫下降，而含蠟原油的流變性受溫度影響很大。當油溫較高時，含蠟原油呈牛頓流體的特性。當油溫高于凝固點10℃左右時，高含蠟原油已具有非牛頓流體的特性，而非牛頓流體的流變參數隨溫度的變化要比牛頓流體激烈得多。以高含蠟的大慶原油為例，其凝固點在30℃左右，而其反常點一般在40℃左右。實驗測得大慶原油的流變曲線如圖l所示。可以看出，隨著溫度的降低，原油的表觀粘度增大。而剪切速率越低，粘度增大速度就越快。
　　
　　剪切速率/s-1
　　圖l大慶原油流變曲線
　　熱油管道輸量降低，使管內油溫下降。同時，輸量越低，管道內速度就越慢，剪切速率也越低。所以，隨著原油輸量的降低，其表觀粘度上升幅度將不斷加大，原油的流動性能也就越來越差。
　　1．3管道當量直徑減小
　　熱油管道內壁的結蠟情況主要受到油溫、油壁溫差、流速、雜質和管道運行時間的影響。輸量降低使得原油的流速和溫度都下降，溫度下降使得管壁的凝油層加厚，而流速降低會減少對凝油層的沖刷，使結蠟強度增強。同時，流速降低使管內層流管段加長，而層流狀態下含蠟原油的結蠟情況要比紊流嚴重。因此，輸量越低，原油的結蠟速度越快，管道的當量直徑也就越小。
　　由以上分析可知，熱油輸量下降將使熱油管流的層流段加長和熱油的溫度下降，隨之引起熱油粘度升高，管內結蠟加快、通流面積減少，這些都將使管道摩阻增加。在低輸量下，單位熱油所產生的摩阻增大了，而且隨著輸量的降低摩阻會增大得更快，但是，輸油泵可以提供給每單位油品的壓力只能在一定范圍內變化，因此，低輸量運行的熱油管道能量平衡的穩定性下降了。
　　2.原油管道低輸量運行中的不穩定性
　　2．1管道運行工況的不穩定
　　管道輸送系統的工況點，是建立于泵和管道系統能量供求關系平衡的基礎上的，如圖2所示，泵站特性曲線Q一H和管路損失特性曲線Q一∑h和的交點M就是泵和管路的工作點。如果外部條件變化，使壓力的[供給]>[需要]，管道內就有富裕能量，這部分能量將以動能的形式消耗，使油流速度加快、輸量加大，工況點將自動M點為止。如果[供給]<[需要]，管道中水流能量不足，管道減緩，工況點將向流量小的一側移動，直到退至M點達到平衡為止。
　　
　　在正常輸量下，管內原油溫度較高，管道工作特性曲線曲度較緩。如果外部條件發生一些變化，系統可以自動調整、重新達到平衡。即使達不到平衡，管道的運行參數變化也較慢，有較長時間來采取補救措施。
　　在低輸量下，管道內原油溫度偏低，管道工作特性曲線曲度較大陡，摩阻隨流量變化較大。這使管道的自我調整能力下降，發生不穩定運行的可能性增加。
　　例如，如果由于油泵故障或者管道泄漏等原因使管道壓力下降，或是由于加熱器供熱量降低引起管道摩阻迅速增加，這時壓力[供給]<[需要]，管道中油流能量不足，速度減慢，工況點向流量小的一側移動，直到[供給]=[需要]。而輸量降低則進一步導致油流的溫度、粘度和管道通流面積更快速地下降，使得管道摩阻上升更快。這樣就進入惡性循環，必須立即采用措施，否則有凝管停輸的危險。因此，在低輸量下管道系統的穩定性下降了。
　　2．2管道壓力負荷增大
　　輸量降低使輸送油品的能耗增加，如果為降低輸油成本使用壓力越站的運行方式，就必須要提高輸油壓力。在地形起伏較大地段提高啟泵站出站壓力，有可能造成管路中某一管段動水壓力超過管路允許的最高壓力值，危及輸油管的正常工作。
　　另外，管道低輸量運行可能會增加翻越點，原來沒有翻越點的管段上也可能出現翻越點。翻越點指的是在到達終點之前，水力坡降線就與管路縱斷面線相交了，一般出現在接近終點的某個高峰。當液流經過翻越點后，由于有剩余能量，在高峰之后的管段內將發生不滿流，即通過局部流速的增加來消耗剩余壓力。不滿流現象的存在，不僅浪費了能量，還使管道內壓力波動增大，容易產生水擊現象。
　　因此，低輸量使管道的壓力負荷加大，對于那些腐蝕嚴重的管段，就有泄露的危險，這使得管道的安全性降低。
　　2．3加熱系統負荷增大
　　熱油管道輸送安全要求熱油的進站溫度TZ要高于凝點2～3℃，輸量降低使熱油管道沿線溫降增大、進站溫度降低，因此必須要提高原油的出站溫度。以一段直徑為729mm的原油管線為例，取TZ=33℃，To=0.9℃，K=1.6，C=2.3，L=70.1km，輸量Q從2300~570t/h變化，根據蘇霍夫溫降公式繪制出站溫度與輸量之間的關系曲線如圖3所示。可以看出隨著輸量的下降，需要的熱油出站溫度不斷提高，而且輸量越低，需要的出站溫度上升幅度越大。因此，輸量越低，管道的加熱系統負荷越大，加熱系統長期超負荷運行，也是影響低輸量管道安全運行的問題之一。

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