3.2 原油管道输送工艺

3.2.1 原油一般物理性质测定项目应符合本规范附录B的规定；原油流变性测定项目应符合本规范附录C的规定。
3.2.2 输送方式应根据输送原油的物理性质及其流变性，通过优化确定。原油输送方式应符合下列规定：
    1 输送原油的凝点高于管道管顶埋深处地温时，宜采用加热或对原油进行改性处理后输送，并应符合下列规定：
        1)采用加热输送时，管道沿线各点原油的输送温度宜高于原油凝点3℃～5℃；
        2)采用改性处理输送时，应对改性后原油进行管道输送剪切失效和时效性模拟实验分析。
    2 输送高黏低凝原油时，可采取加热降黏或加剂降黏措施，并应进行加剂剪切失效实验分析。
3.2.3 加热输送的原油管道应符合下列规定：
    1 加热温度应从安全输送和节约能源的角度优选确定。
    2 采用不保温或保温输送方案时，应进行技术经济论证。宜选择加保温层方案，并确定保温层结构和厚度。
    3 加热站和泵站的设置应综合管道的热力条件和水力条件优化确定。
3.2.4 管道顺序输送多种原油时，应符合本规范第3.3节、第6.4节中有关成品油顺序输送工艺的相关规定，并应根据不同原油的物理性质及其流变性确定输送方案。
3.2.5 原油管道根据输送原油的物性及输送要求，可设反输工艺。
3.2.6 管道内输送原油为牛顿流体时，其沿程摩阻损失应按下列公式计算：

式中：h——计算管段的沿程摩阻损失(m)；
          λ——水力摩阻系数，应按本规范附录D计算；
          l——计算管段的长度(m)；
          d——管道内直径(m)；
          V——流体在管道内的平均流速(m/s)；
          g——重力加速度(9.81m/s²)；
          q_V——流体平均温度下的体积流量(m³/s)。
3.2.7 输油平均温度应按下式计算：

式中：t_av——计算管段的输油平均温度(℃)，常温输送的输油管道，计算管段的输油平均温度取管中心埋深处的地温；
t₁——计算管段的起点油温(℃)；
t₂——计算管段的终点油温(℃)。
3.2.8 当管道内输送原油为幂律流体时，其沿程摩阻损失应按本规范附录E的规定计算。
3.2.9 加热输送的输油管道的沿线温降应按下列公式计算：

式中：t₁——计算管段的起点油温(℃)；
           t₂——计算管段的终点油温(℃)；
           t₀——埋地管道中心处最冷月份平均地温(℃)；
          l——计算管段长度(m)；
           i——流量为q_m时的水力坡降(m/m)，可近似取计算管段的平均水力坡降；
           g——重力加速度(9.81m/s²)；
           C——输油平均温度下原油的比热容[J/(kg·℃)]；
           K——总传热系数[W/(m²·℃)]；
          D——管道外直径(m)；
           q_m——油品质量流量(kg/s)。

条文说明

3.2.1 原油的物理性质是确定原油输送工艺的基础参数，设计时应按本规范附录B、附录C要求测定的内容，取得实测的原油物理性质及其流变性数据，才能进行原油管道系统工艺设计。
3.2.2 按不同的原油性质，国内原油输送方式有常温输送、加热输送、加轻油稀释输送、加剂输送、热处理输送、不同性质的原油顺序输送、间歇输送等。至于在某条管道中采用何种输送方式需要通过技术经济比较，选择最佳输送方式。
    1 通常情况下，对于凝点高于管道埋深处地温的原油管道，首要应考虑对原油进行改性后输送，目的是降低原油的凝点，减少工程投资和运营费用，如果无法改性或改性效果不明显，则一般可考虑加热输送。管道沿线各点的最低输送温度高于凝点3℃～5℃，是根据多年工程经验总结出来的，在实际工程也取得了较好的效果。
    对改性输送的原油，过泵或减压阀、管道及管件的剪切作用都可能造成凝点反弹上升，长时间储存也可能造成凝点上升，因此采用改性处理输送时，应以模拟实验的数据作为工艺输送方案选择的基础。
    2 对于高黏原油，也可以通过采取加热降黏或加剂降黏等措施，获得较好的输送方案。
3.2.3 对于加热输送的埋地原油管道，是否需要对管道进行保温，应经热力计算后，确定保温及不保温管道各自的站场分布，再对两种方案的线路、站场的投资和运营费用综合考虑后确定。
    1 优选加热温度时应考虑下列因素：如原油为加热后进泵，则其加热温度不应高于初馏点，以免影响泵的吸入；对于含蜡原油，当温度高于凝点30℃～40℃以上时，黏度随温度变化很小，温度高热损失大，故加热温度不宜过高；管道外的防腐层及保温层能否适应高温；管道停输后在安全停输时间内的温降。因此，在进行埋地输油管道的热力计算时，应优选加热温度。
    2 随着国家对节能、环保越来越重视以及施工技术的进步，保温加热输送方式在原油管道工程中的应用也将越来越广泛，特别对于高凝原油的输送，其经济性更为突出，因此在设计中应优先考虑此方式。
3.2.4 为了满足不同炼厂对原油加工的需求，实现优质优价，原油管道也提出顺序输送要求。原油的顺序输送工艺对混油量及混油处理要求较低，但是由于原油物性的复杂性，可能存在冷热油顺序输送等特殊输送工艺，应对管道温度场变化进行模拟分析。
3.2.5 原油管道特别是加热输送的原油管道，为了避免原油管道由于油田产量不稳定或较低时，提供的原油输送量小于管道的最小安全输量时，为保证管道的安全，可设置反输流程。采用正反输的方式提高管道输量，在工艺计算时应该进行正反输水力及热力校核计算和模拟分析，保证在正反输过程中管道内的任意一点的原油温度高于原油凝点3℃～5℃。
3.2.6 本条列出的沿程摩阻损失公式引自《输油管道设计与管理》(杨筱蘅编著，中国石油大学出版社，2006)一书中的达西(Darcy-Weisbach)公式，式中的水力摩阻系数λ的计算式见本规范附录D，当2000＜Re＜3000范围内可按紊流光滑区计算。达西公式中的管道长度L是管道实测长度，未计入局部阻力当量长度，在计算时可将沿程摩阻损失加上1％的局部摩阻损失。
    管道水力摩阻系数取自(苏)B.M.阿加普金、C·H·鲍里索夫、σ·л·克里沃舍因著的《管道计算手册》一书。本规范编制组参考了众多文献，与综合性试验资料进行了比较，认为采用本规范附录D中的公式是合理的。
    附录D中：

3.2.8 当被输原油在管道中站间轴向油温降至反常点以下，呈非牛顿体时，其沿程摩阻损失按附录E中的公式计算。在生产实践中证明，此公式计算结果比较切合实际。
关于幂律流体紊流摩擦因子(摩阻系数)计算公式：
在国家图书馆、中科院图书馆可以查阅到的20世纪60年代以来出版的英文版《非牛顿流体力学》(陈文芳编著，科学出版社，1984)著作及教科书中，使用最多的幂律流体的圆管内紊流流动的摩擦因子(摩阻系数)计算公式，仍是Dodge-Metzner的半经验式(式1)，而未见介绍Kemblowski-Kolodziejski公式。国内出版的《非牛顿流体力学》及相关著作，也大多介绍Dodge-Metzner式。

   所查阅的较权威的国外著作包括：
    (1)美国海湾出版公司(Gulf Publication.Co.)出版的《流体力学大全》(Encyclopedia of Fluid Mechanics)，其第七卷为《流变学与非牛顿流动》(Rheology and Non-Newtonian Flows)，1988年出版；涉及非牛顿流体流动计算的第五卷《浆体流动技术》(Slurry Flow Technology)，1986年出版。
    (2)国际著名流变学家Boger教授所编的墨尔本大学教材《Rheology＆Nonnewtonian Fluid Mechanics》，1983年出版。
3.2.9 公式(3.2.9-1)考虑了油流在沿管道流动过程中，由于摩擦阻力压降转化为摩擦热而加热了油流。

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