我国油气管道输送相关技术进展及展望.pdf

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第 4 4卷第 7期 2 0 1 5年 7月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 . 4 4.N 0 . 7 J u l y,2 01 5 我国油气管道输送相关技术进展及展望 陆 争 光 中国石油大学 北京 油气管道输送安全国家工程实验室,城市油气输配技术北京市重点实验室,北京 1 0 2 2 4 9 摘 要近 l 0多年来 ,我国油气管道输送技术不断发展,技术水平逐渐提高。较系统地总结了我国油气 管道输送相关技术的进展。对于易凝高粘原油管道输送,介绍了冷热油交替输送 、多品种原油加剂改性长距离 顺序输送、长距离含蜡原油管道间歇输送技术及其应用;对于天然气管道输送 ,介绍了管道输送、液化天然气 输送技术的进展及其应用;对于成品油管道输送 ,介绍了顺序输送混油控制 、成品油管道批输计划制定技术的 创新与应用。最后,对我国长输油气管道输送技术的发展趋势进行了展望。 关键词 油气管道输送;易凝高粘原油;天然气 ;成品油 ;展望 中图分类号 T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 50 7 1 5 4 4 0 4 Pr o g r e s s a nd Pr o s pe c t o f t he Oi l a n d Ga s Pi pe l i n e Eng i ne e r i ng Re l e v a nt Te c hno l o g y i n Ch i na LU Zh e n g- gu a n g N a t i o n a l L a b o r a t o r y f o r P i p e l i n e S a lty/ B e ij i n g Ke y L a b o r a t o r y o f U r b a n Oi l a n d Ga s D i s t r i b u t i o n T e c h n o l o g y , C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m, B e i j i n g 1 0 2 2 4 9 , C h i n a Ab s t r a c t I n t h e p a s t 1 0 y e a r s .o i l a n d g a s p i p e l i n e e n g i n e e rin g r e l e v a n t t e c h n o l o g y i n C h i n a o b t a i n e d r a p i d d e v e l o p me n t . I n t h i s pa p e r , n e w p r o g r e s s i n r e l e v a n t t e c h n o l o g y r e s e a r c h o f o i l a n d g a s p i p e l i n e e n g i n e e ri n g i n Ch i n a wa s s y s t e ma t i c a l l y c a t e g o r i z e d . I n p i p e l i n e t r a n s p o r t a t i o n o f wa x y c r u d e o i l s , t e c h n o l o g i e s a n d a p p l i c a t i o n s , i n c l u d i n g b a t c h tr a n s p o r t a t i o n o f c o o l a n d h o t o i l , l o n g d i s t a n c e p i p e l i n i n g t r an s p o rta t i o n o f c r u d e i n b a t c h wi t h p o u r - p o i n t d e p r e s s a n t b e n e fi c i a t i o n a n d l o n g d i s t a n c e p i p e l i n i n g i n t e r mi t t e n t tra n s p o rta t i o n o f wa x y c rud e s ,we r e i n t r o d u c e d . I n p i p e l i n e t r a n s p o r t a t i o n o f n a t u r a l g a s , n e w p r o c e s s a n d a p p l i c a t i o n o f p i p e l i n e t r a n s p o rta t i o n o f n a t u r a l g a s a n d L NG we r e d i s c u s s e d . I n t h e a s p e c t o f p i p e l i n e t r a n s p o r t a t i o n o f p r o d u c t s o i l , c o n t r o l l i n g c o nt a m i n a t e d v o l u me o f p r o d u c t s o i l a n d b a t c h p l a n n i n g o f b a t c h t r a n s p o r t a t i o n we r e s u mma r i z e d . F i n a l l y , f u t u r e d e v e l o p me n t t r e n d o f o i l a n d g a s p i p e l i n e e n g i n e e r i n g t e c hn o l o g y i n Ch i n a wa s p r o s p e c t e d . Ke y wo r d s Oi l a n d g a s p i p e l i n e e n g i n e e r i n g ; Wa x y c rud e o i l ; Na t u r a l g a s ; P r o d u c t o i l ; P r o s p e c t 自 2 0世纪末以来 , 随着我国能源需求的不断扩 大以及能源消费结构的优化,作为国家经济建设的 重要支柱, 我国长输油气管道的发展步伐越来越快。 截止至 2 0 1 4年初 ,我 国已建油气管道总里程约 1 1 万 k m, 其中原油管道2 .6 万 k m, 成品油管道 2 万 k m, 天然气管道 6 .4 万 k ” 。目 前, 我国已初步形成 了 “ 西油东送、 北油南运、 西气东输、 北气南下、 海 气登陆”的油气管网布局,以保障国家能源安全。 基于我国多年 的油气管道输送技术研究以及建 设实践 ,易凝高粘原油管道输送 、天然气管道输送 及成品油管道输送等方面技术均得到了很大的发 展 。在此 ,本文主要对这些成果进行 了总结 ,并展 望了我国油气管道输送技术的发展趋势与前景。 l 易凝高粘原油管道输送技术 6 0多年来, 随着对易凝高粘原油流变性规律与 机理研究的不断深入 ,我国的原油管道输送技术发 展较快,取得了很大的成果。目前,冷热油交替输 送 、多品种原油加剂改性长距离顺序输送 、长距离 含蜡原油管道 间歇输送等技术 ,已成功应用于我 国原油管道建设与运行 ,提高了我国的原油管道输 送技术水平。 1 . 1 冷热油交替输送技术 国产原油与多数进 口原油存 在较大的物性差 异 ,进 口原油的流动性较好 ,可实现常温输送 ,国 产的易凝高粘原油通常需要采用加热输送。因此, 国产原油和进 口原油的顺序输送工艺属于冷热原油 交替输送。冷热原油交替输送过程中遇到了许多问 题亟待解决,如混油、交变温度场及应力分析等‘ 。 我国于 2 0 0 5年开始冷热油交替输送技术研究 ,重点方 向是冷热油交替输送过程中的热力计算 、 水力一 热力耦合方法。 基于崔秀 国等 ’ 对于冷热原油 碡 期2 O 1 5 一 o 1 - 1 2 . . . , . . , , 作者 简 介 陆争光 1 9 9 1 一 ,男,安徽淮北人 ,在读硕士研究生,2 0 1 4年毕业于中国石油大学 北京油气储运工程专业,从事于油气长距离 管输技术研 究。E - m a i l s h i d a f i g h t e r l 6 3 . c o m 。 第 4 4卷第 7 期 陆争光我国油气管道输送相关技术进展及展望 1 5 4 5 交替输送过程中水力 、热力变化的基本规律研究 , 李传宪等 利用有限差分法和有限元法得到管外非 稳态温度场 , 建立 了冷热原油交替输送的数学模型。 王凯等 “ 则采用移位 网格下的虚拟边界条件法 , 编 制了精度较高的非稳态水力一 热力耦合程序 ,建立 了冷热原油交替输送的数学模型,并以加热能耗最 小为优化 目标 ,建立了加热方案经济 比选模型 ,为 确定经济加热方案提供了指导。相比之下 ,前者提 出的模型将水力系统视为准稳态,并不是严格意义 上的非稳态水力一 热力耦合,而后者则是以油品种 类、批次、批次量等运行参数为研究对象 , 建立的 耦合模型适用性更加广泛,可用于随时调整出站温 度 、压力和流量 。 1 . 2多品种原油加剂改性长距离顺序输送技术 我国于 7 0年代末开始研究含蜡原油加剂改性 输送工艺 ,目前 ,我国在含蜡原油加剂改 }生输送工 艺 、降凝剂的研发方面均处于国际领先地位。基于 含蜡原油加剂改性的机理与规律的深入研究,建立 了加剂改性原油粘度 、凝点与剪切过程中粘性流动 熵产之间 的数学模型 ,提出了加剂改性含蜡原 油粘度与加热温度关系的预测模型 。以上技术成 果填充了加剂改性含蜡原油的流动性与剪切历史 、 热历史关系的定量描述空白,此外 ,有机/ 无机纳米 复合降凝剂等新型降凝剂 叼 也已被研发制备,均为 工程应用打下 了坚实的基础。 国内第一条采用 降凝 剂改性常温输送 的长输 管道是库尔勒一 鄯善输油管道 ,全长 4 7 6 k m。原油 在首站经过加剂处理后可实现全线常温输送 ,节省 了 4座加热站的建设投资与运行费用 。为满足西 部原油管道同管输送多种物性差异较大的原油 的工 艺需要 ,成功研发了多品种原油加剂改性长距离顺 序输送技术” 踟 ,对 以后 的原油加剂 改性顺序输送管 道设计具有重要 的意义 。 1 . 3 长距离含蜡原油管道 间歇输送技术 原油管道间歇输送技术 主要包括两部分 ,一方 面是停输再启动 ,另一方面是间歇输送方案优化。 在停输再启动方面, 结合室内环道实验,提出胶凝 原油再启动过程中存在三个阶段屈服过程 ,建立了 热油管道停输再启动的水力及热力数学模型 , 利 用管道模型数据计算管道的启动压力 、达到最大启 动压力的时间;提出了管线停输过程中的水力、热 力 、安全停输时间及启动压力的计算方法 ,并开发 了热油管道停输再启动模拟计算软件 “ ;提 出了根 据凝管概率确定停输时间的新方法,以初凝概率为 指标 的新的间歇输送流动安全性评价方法口 冽 。 在间歇输送方案优化方面 ,基于对工艺过程 中 目标函数、约束条件的分析,建立了埋地热油管道 的流动 、传热物理数学模型 ;分析发现站间摩阻和 进站油温均呈周期性变化 ,周期运行时间和输停 比 对间歇输送管道热力特性 的影响较为重要 。 。 国内采用间歇输送的输油管线较多, 如中洛管 线、中国一 朝鲜输油管线以及西部原油管道。研发 采用长距离含蜡原油管道间歇输送技术 ,西部原油 管道所输吐哈原油在玉门站全分输,实现 了常态化 间歇输送啦 ,使我国的含蜡原油间歇输送技术再上 一 个新的台阶。 2 天然气管道输送技术 2 . 1 天然气管网输送 天然气管道输送是一种比较方便 、传统的天然 气储运方式 , 是陆上天然气运输及贸易的主要方式。 随着西气东输等天然气管道工程的开展 ,国内针对 天然气输气系统规划和优化设计进行了许多研究 。 以输气管线设计寿命期内总费用现值最小为 目标函数,以稳定性约束、能量平衡约束及管道强 度约束等为约束条件 ,建立了利用不同的智能算法 优化输气管道系统设计的模型 刮 ;根据生产实践 可操作性 ,提出以可靠性 、经济性 、平稳性 、便利 性为瞬态优化 目标原则 ,建立 了针对输气管网短期 供气调峰的多目标模糊优化算法p 邸 ” 。 2 . 2 天然气一 凝析液混输 天然气一 凝析液混输实质上是气液混输 ,其工 艺计算及模型包括稳态和瞬态模拟两方面。基于气 液混合物流动能量方程 ,建立 了用 于天然气一 凝析 液稳态计算的显式温降计算式,提出了基于有限差 分法的水力一 热力耦合算法 ,从而实现混输管道稳 态、停输再启动的数值模拟;提出流体组分及其比 例变化对天然气一 凝析液混输上岸压降的影响较 大;开发了适用于天然气一 凝析液混输管道的计算 模拟软件p ,具有重要的工程意义。 2 . 3 液化天然气输送 基于对天然气不同输送方式输送成本的对 比, 分析了实现 L N G长距离管道输送的技术和经济可 行 眭,验证了液化天然气在 “ 过冷”状态下输送的 可行性 。针对海上 L NG液化的工艺流程 , 提出了相 应 的液化流程 ,并实现液化过程 的动态模拟p 。在 储存设施方面, 建立了室内小型撬装液化实验装置, 研发了大型低温 L N G储罐材料、 结构设计、 施工工 艺及绝热分析等方面的技术,向我国大型低温 L N G 储罐国产化又迈进了实质性的一步。 3 成品油管道输送技术 3 . 1 顺序输送混油控制技术 对成品油顺序输送进行数值模拟研究,得到了 油品流速、管道形状及输送顺序对成品油顺序输送 混油段的影响 ;首次提出有效扩散系数 ,建立了管 道顺序输送混油的质量分数一维模型;对管道混油 工况进行了离线模拟 ,从而及时有效地控制沿线混 油 ,对混油量的控制 、混油切割具有一定的指导意 义 弼 ;结合 国内外混油界面跟踪所考虑的主要 因 素,研发了成品油管道顺序输送混油界面在线跟踪 软件口 ,现场应用效果较为 良好。 3 . 2 成品油管道批输计划制定 国内开发了若干成品油管道调度软件,并已成 功应用于大型成品油管道。兰成渝成品油管道应用 的分输调度软件,由原始数据的输入、分输计划制 定及输出三个模块组成,为管道 日常运行提供准确 的油品批输计划;克一 乌成品油管道批输控制软件 是国内的 S C A D A 系统应用软件 ,其预测混油到达 末站的时间和仪表实际检测 的时间相差可控制在 5 ra i n 内;针对西南成品油管道长距离、多站场及复 杂工艺技术等特点,研发了西南成品油输送模拟软 件,可用于优化运行模拟、检验和校核管道运营者 制定的分输方案、动态跟踪显示、瞬态模拟、人工 设定泵机组运行模拟及提供模拟历史数据m“ 。 总体来看,虽然国内自主研发的顺序输送软件 在局部管道上得到了成功的应用,但是软件还不具 有商业化的能力,也没有 自主品牌。 4 未来与展望 4 . 1 新材料、新工艺、新技术的应用 1 基于纳米材料 的特殊效应及原油流动改性 输送技术的成熟 ,加入纳米材料改性的原油输送技 术,将会成为原油管道输送技术的重点研究方向; 2 在天然气管道输送中, 新型减阻剂的研发 将会促进天然气管道减阻技术的发展 , 简化减阻技 术操作工艺 ; 3 对于吸附天然气 A N G 技术 、天然气水 合物 NG H储运技术 的研究是 目前乃至将来需要 重要发展的天然气储运技术 ; 4 国内天然气管网可靠性的研究 目前正处于 起步阶段,形成一套系统的理论来评价输气管网的 可靠性水平是未来研究的重要方向之一。 4 . 2 管网仿真软件优化 1 开发通用型的成品油管道调度软件, 打造 国内成品油管道调度软件自主品牌。实现分输计划 方案可随时变 、生成速度较快 ,便捷 、高效 、实用 性强, 进而提供准确的油品批输计划、信息; 2 开发通用型的天然气管网优化模型、 应用 软件 ,实现高效 、准确地进行管网稳态优化计算 , 并实际应用于大型天然气管网中; 3 针对 国内较为严峻的供气调峰现状 , 系统 地提出实用的输气管道系统调峰仿真、分析、评价 及优化 的方法 ,对于输气管道调峰具有重要的指导 意义。 参考文献 [ 1 ] 高鹏,王海英, 朱金华, 等.2 0 1 1 - 2 0 1 3年中国油气管道进展Ⅱ 1 . 国际石油经济, 2 0 1 4 6 5 7 6 3 . 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M o d i f i e d m a l e fi c a n h y d r i d e c o - p o l y me r s a s p o u r p o i n t d e p r e s s a n t s a n d t h e i r e f f e c t s o n wa x y c r u d e o i l t h e o l o gy 【 J 】 . E n e r gy &F u e l s , 2 0 1 2 , 2 6 9 9 5 1 0 0 1 . [ 1 7] 张劲军.易凝高粘原油管输技术及其发展[ J ] _中国工程科学, 2 0 0 2 , 4 f 6 1 7 l 7 6 . [ 1 8 ] L I N G X i a o ,Z H A N G J i n - j u n , u H o n g y i n g , e t a 1 . T r a n s p o r t a t i o n o f w a x y e t u d e s i n b a t c h t h r o u g h C h i n a we s t c r u d e o i l p i p e l i n e w i t h p o u r - p o i n t - d e p r e s s a n t b e n e fi c i a t i o n 1 P C 2 0 0 8 6 4 2 8 8 P r o c o f t h e A S ME 7 t h I n t e r n a t i o n a l P i p e l i n e C o n f e r e n c e [ C ] . C a n a d a Ca l g a r y ,2 0 0 8 . [ 1 9] 李才, 张晓萍, 苏仲勋, 等熟 含蜡原油管道停输再启动压力研究[ J 1 . 第4 4卷第 7期 陆争光我国油气管道输送相关技术进展及展望 1 5 4 7 油气储运,1 9 9 8 ,1 7 1 1 0 1 4 . [ 2 0 ]李才 ,张晓萍, 等.胶凝原油管道再启动压力传递速度的研究『 J 1 _ 油气储运,1 9 9 7 ,1 7 2 6 1 0 . 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S o ft w a r e h e l p s m a n a g e mu h i p r o d n e t p i p e l i n e i n c h i n a 【 J 】 .P i p e l i n e & G a s J o u r n a l , 2 01 1 , 1 1 8 3 8 4 . [ 4 1 ] Y o n g t u L , Mi n g L , N i Z . A s t u d y o n o p t i m i z i n g d e l i v e r i n g s c h e d u l i n g f o r a m u h i p r o d u c t p ip e l i n e [ J ] . C o m p u t e r s &C h e mi c a l E n g i n e e r i n g , 2 0 1 2 , 4 4 1 2 7 - 1 4 O . 上接 第 1 5 4 3页 J 弄清楚炼化企业 V O C s 的来源并对其来源进行 解析就是解决问题的首要任务, 但是现在我们能掌 握的只是简单的炼化企业 V O C s 来源,没有具体的 排放源清单 ,没有系统的有针对性的政策 ,没有专 用 的针对性 治理技 术⋯⋯正 因为这方面相关研究 的匮乏 ,使得进一步开展研究工作变得更为有意义 和价值。 参考文献 [ 1]马慧莲,张海军 ,田玉增 ,等.新型水蒸气顶空富集装置在饮用 水中痕量挥发性有机物非 目标筛查中的应用[J ] . 色谱 ,2 0 1 1 9 9 1 2 - 9 1 7 . [ 2]王淑梅. 唐孝炎 奥运运动员的” 天敌” 臭氧和细颗粒物[J ] . 环 境,2 0 0 8 7 2 6 2 7 . [ 3 ] 谢娜 , 李英芹,张芳 , 等. 石油石化企业温室气体清单编制简析f J ] . 油气 田环境保护 ,2 0 1 0 4 1 - 3 1 0 . [ 4]刘忠河 ,齐湘毅. 石化行业挥发性有机污染物调查及 防治建议叨. 精细石油化工 ,2 0 1 3 2 6 5 6 7 . [ 5 ]曹磊,曹越. 化工项 目无组织废气评价探讨【 J 】 .环境科学与管理, 2 0 0 6 9 1 8 4 1 8 7 . 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