中國原油管道輸送工藝介紹及降凝減阻劑的使用現(xiàn)狀-(268)

1、中國原油管道輸送工藝介紹及降凝減阻劑的使用現(xiàn)狀,中國石油大學(xué),我國原油管網(wǎng)分布概況,原油管道輸送存在的問題,原油管道輸送工藝及國內(nèi)外現(xiàn)狀,原油降凝劑的作用機(jī)理及發(fā)展歷程,原油降凝劑的種類及應(yīng)用情況,我國原油管網(wǎng)現(xiàn)狀,原油管網(wǎng)是石油儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施，是保證國家能源和戰(zhàn)略安全的有效手段。目前的五大運(yùn)輸體系：,一、 我國原油管網(wǎng)分布概況,在鐵路、公路、水運(yùn)、航空運(yùn)輸以外的五大運(yùn)輸體系五大運(yùn)輸行業(yè)中，管道運(yùn)輸具有輸送能力大、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、

2、能耗少、成本低、運(yùn)輸安全可靠、輸送產(chǎn)品損失少、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。因此原油、成品油 天然氣及各種具有常溫狀態(tài)下呈現(xiàn)流體性質(zhì)的各類化工產(chǎn)品的運(yùn)輸主要采用管道運(yùn)輸?shù)姆绞絹韺?shí)現(xiàn)。 截至2008年年底，我國已建油氣管道的總長度約為6.4萬千米，其中天然氣管道3.2萬千米，原油管道1.9萬千米，成品油管道1.3萬千米。目前，我國已逐步形成了覆蓋東北、西北、華東、中部等跨區(qū)域的油氣管網(wǎng)輸送格局。,1.東北原油管網(wǎng)概況,東北地區(qū)是原

3、油生產(chǎn)的主要基地，有大慶油田、遼河油田和吉林油田，原油產(chǎn)量大約占全國總產(chǎn)量的53.5%，原油管道達(dá)3399.6公里。 1970年8月3日，東北管道建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組開會(huì)正式籌備，命名為東北“八三工程”。東北“八三工程”的起步，是從搶建大慶至撫順的慶撫線開始的 。1970年9月開工，1971年8月試運(yùn)行，10月31日正式輸油。工程總投資2.93億元，年輸油能力2000萬噸。建設(shè)長距離、大口徑、輸送“三高”原油的管道，這在中國是第一

4、次。 1975年9月，5年中建設(shè)輸油管道8條，共2471公里，其中主要干線2181公里，形成了以鐵嶺站為樞紐，聯(lián)接大慶至撫順、大慶至秦皇島和大慶至大連的3條輸油大動(dòng)脈，東北管網(wǎng)逐步形成。,東北原油輸送管道分布圖,總長約3000千米 年輸油能力4500萬噸,,,,,,,,,2.西北原油管網(wǎng)概況,西北地區(qū)是50年代初全國石油勘探的重點(diǎn)地區(qū)。分布有克拉瑪依油田 、吐哈油田 、塔里木油田 等大型油田。 1958年12月

5、建成的克拉瑪依至獨(dú)山子原油管道，這是建國后鋪設(shè)的第一條長輸原油管道，標(biāo)志了中國長輸管道建設(shè)史的起點(diǎn)。 其中花格線（起于青海省西州境內(nèi)的花土溝油砂山 ，終于青海省格爾木市南郊 ）是在高原地區(qū)敷設(shè)的第一條原油管道，管線最高點(diǎn)大烏斯山，海拔高度342米。塔輪線（塔中至輪南）是我國的第一條流動(dòng)性沙漠管線 。,,西北原油輸送管道分布圖,總長約6600千米 年輸油能力5000萬噸,,,,3.華東原油管網(wǎng)概況,華東地區(qū)主要

6、油田為山東勝利油田，是繼大慶油田之后建成的第二大油田 。華東原油管網(wǎng)是從修建臨邑至南京的魯寧線時(shí)開始籌劃的。 勝利油田投入開發(fā)后，陸續(xù)建成了東營至辛店，臨邑至濟(jì)南兩條管道，直接向齊魯和濟(jì)南的兩個(gè)煉廠輸油。1974年，東營至黃島管道建成后，原油開始從黃島油港下海轉(zhuǎn)運(yùn)。 其中臨邑至濟(jì)南（臨濟(jì)線）穿越大型河流3處（黃河、徒駭河、小清河），黃河穿越采用頂管方式施工。但是臨邑復(fù)線黃河穿越采用沖砂沉降法施工 。東黃復(fù)線，

7、1985年開工，1986年7月17日投產(chǎn)。這是中國建設(shè)的第一條自動(dòng)化輸油管道 ，由管道勘察設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì) 。,華東原油輸送管道分布圖,,總長約4500千米 年輸油能力12000萬噸,,,,4.華中原油管網(wǎng)概況,中部地區(qū)油田，分布在湖北和河南兩省境內(nèi)，有江漢油田、河南油田和中原油田，主要煉油企業(yè)有湖北荊門煉油廠和河南洛陽煉油廠。 江漢原油管道有潛荊線 ( 潛江至荊門 ) ， 1970 年建成，全長 90 公里，年輸能力 170 萬噸

8、。河南原油管道有魏荊線 ( 魏崗至荊門 ) 和魏荊復(fù)線。中原原油管道有濮臨線 ( 濮陽至臨邑 ) 、中洛線 ( 濮陽至洛陽 ) 及中洛復(fù)線。,華中原油輸送管道分布圖,總長約2500千米 年輸油能力為1500萬噸,,,,,5.華北原油管網(wǎng)概況,華北地區(qū)有大港油田、華北油田，都敷設(shè)有外輸原油管道，華北地區(qū)的煉化企業(yè)，有地處北京燕山的東方紅煉油廠和大港煉油廠、天津煉油廠、滄州煉油廠、石家莊煉油廠、保定煉油廠、內(nèi)蒙古呼和浩特?zé)捰蛷S。

9、 華北地區(qū)最早修建的原油主干線是秦皇島至北京的秦京線，為北京東方紅煉廠供應(yīng)原料油。大港至周李莊輸油管線1968年建設(shè)，這條管道是大港油田惟一的一條原油外輸線。,華北原油輸送管道分布圖,總長約2000千米 年輸油能力為1700萬噸,,,,二、原油管道輸送存在的問題,原油管道輸送雖然能取得很好的經(jīng)濟(jì)效益，但是對于含蠟量高，凝點(diǎn)高的原油，當(dāng)溫度低于凝點(diǎn)時(shí)，原油管道會(huì)結(jié)蠟，影響原油在管道中的輸送。 所謂的結(jié)蠟是指在管道內(nèi)壁上逐漸沉積了某一厚度

10、的石蠟、 膠質(zhì) 、凝油、 砂額其他機(jī)械雜質(zhì)的混合物。,,,管道結(jié)蠟機(jī)理,研究表明長距離管道結(jié)蠟的關(guān)鍵影響因素是溫度，油管道橫截面存在徑向溫度梯度，靠近內(nèi)壁溫度最低，當(dāng)溫度低于石蠟的的溶解溫度時(shí)，石蠟就會(huì)在管壁上結(jié)晶析出，這就會(huì)造成蠟分子的徑向濃度梯度，內(nèi)壁面處的濃度最低，蠟分子從管中心向管壁的徑向擴(kuò)散，形成不流動(dòng)的結(jié)蠟層，并進(jìn)一步吸附液相中是蠟晶，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，把部分液態(tài)原油包圍其中。如下圖。,,,,石蠟結(jié)晶,管道徑向溫度梯度,T℃,,

11、結(jié)蠟的分布規(guī)律,,,,,光管段,一般情況下，在管道的起始段，因熱油管道油溫高于析蠟點(diǎn)的區(qū)域，管壁無結(jié)蠟現(xiàn)象。,喇叭口段,油溫下降，在析蠟點(diǎn)到析蠟高峰點(diǎn)之間，結(jié)蠟層逐漸增加，結(jié)蠟厚度逐漸增加形成喇叭口狀的結(jié)蠟區(qū)。,結(jié)蠟后裙段,析蠟高峰點(diǎn)后，結(jié)蠟層又逐漸減薄，最后結(jié)蠟厚度逐漸趨于固定,,對于不同成分的原油和處在不同溫度段的管道，管壁結(jié)蠟的形狀會(huì)有差別，但都可以抽象成以上模型 不論輸油溫度如何變化和持續(xù)輸油時(shí)間如何不同，這種分布規(guī)律不會(huì)改變，

12、但積蠟高峰區(qū)會(huì)有偏移，輸油溫度提高積蠟高峰區(qū)會(huì)向終點(diǎn)方向偏移，反之，則向起點(diǎn)方向偏移 原油加熱溫度的高低不會(huì)影響原油的析蠟量，只會(huì)影響到結(jié)蠟時(shí)間的早晚。,三、原油管道輸送技術(shù)及國內(nèi)外現(xiàn)狀,由于管道輸運(yùn)中普遍存在析蠟，結(jié)垢，凝管，及堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響管道輸送能力和效率。目前所運(yùn)用的物理和化學(xué)輸送工藝，都是從宏觀效果上改善原油的流動(dòng)特性，尤其是低溫狀況下的流變性，從而達(dá)到降低能耗安全輸油，提高社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，含蠟粘性原油輸送工藝研究與

13、實(shí)施情況分述如下：,,,,,,,,,,,,,,加熱輸送,熱處理輸送,低粘液環(huán)輸送,乳化輸送,稀釋輸送,添加降凝劑、減阻劑輸送,壓力處理輸送,剪切處理輸送,漿料輸送,天然氣飽和輸送,水懸浮輸送,伴熱保溫輸送,原油輸送 工藝,,,3.1國外原油管道輸送技術(shù)現(xiàn)狀,密閉輸送工藝?yán)錈嵩晚樞蜉斔驮?成品油順序輸送工藝對高凝、高黏原油采用熱處理和加劑處理工藝采用環(huán)保、高效、節(jié)能型管道設(shè)備，泵效達(dá) 85%以上多采用直接式加熱爐，爐效超

14、過 90%運(yùn)用高度自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)模擬管道運(yùn)行和事故工況， 進(jìn)行泄漏檢測，優(yōu)化管道的調(diào)度管理對現(xiàn)役管道進(jìn)行完整性評價(jià)及管理。,,,,,,,,,,,效果好，節(jié)能應(yīng)用普遍,,3.2 我國原油管道輸送技術(shù)現(xiàn)狀,改造及新建管道采用密閉輸油工藝大落差地段輸油成功降凝劑、減阻劑性能達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平管輸綜合能耗逐年下降，從 1995年的 556 kJ（t·km）降到目前的 437 kJ/（t·km）高凝

15、高黏含蠟原油輸送、低輸量運(yùn)行的加熱及加劑綜合處理工藝達(dá)到世界領(lǐng)先水平90 年代后新建的管道，均采用 SCADA 系統(tǒng)，管道自動(dòng)化控制系統(tǒng)與管道同步投產(chǎn)。 自行設(shè)計(jì)、制造的長輸管道輸油用高效泵效率可達(dá)84%原油直接式加熱爐效率達(dá) 91%,,,,,,,,3.3 原油管道輸送技術(shù)發(fā)展趨勢,目前，世界各國尤其是盛產(chǎn)含蠟黏性原油的大國，都在大力進(jìn)行長距離管道常溫輸送工藝的試驗(yàn)研究。隨著含蠟高黏原油開采量的增加以及原油開采向深海發(fā)展，各國都特

16、別重視含蠟高黏原油輸送及流動(dòng)保障技術(shù)研究。 管道輸送高含蠟、高黏易凝原油的發(fā)展趨勢是逐步降低輸油溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)常溫輸送。利用化學(xué)方法，輔之以物理方法，從原油流變性的微觀機(jī)理以及原油凝結(jié)的微觀機(jī)理入手，研究高效降黏劑的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和要求，進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)適用于多種類原油的降黏劑、降凝劑，實(shí)現(xiàn)高含蠟高黏易凝原油常溫輸送。,未來幾年仍將是我國油氣管道建設(shè)的高峰期，管道在技術(shù)水平不斷提升的同時(shí)，將繼續(xù)向以下幾個(gè)方

17、向發(fā)展：,,大規(guī)模,高壓力,高鋼級,大口徑,管道技術(shù) 發(fā)展,一項(xiàng)管道運(yùn)輸新技術(shù)展望,液體彈性波輸送工藝技術(shù)研究，流體的振蕩效應(yīng)所具有的剪切處理的特性，結(jié)合流體管道中可以產(chǎn)生的獨(dú)有的水錘效應(yīng)，當(dāng)兩種效應(yīng)的迭加在工業(yè)管道中應(yīng)用時(shí)，將能夠產(chǎn)生高速遠(yuǎn)距離傳播的振蕩壓力波。這種壓力波不但能夠作用于整條管道，而且它還具有強(qiáng)力剪切的特點(diǎn)，從而可以達(dá)到使流體管道自身清洗防蠟垢 進(jìn)而防止原油凝管和堵塞等問題的產(chǎn)生與出現(xiàn)，有望實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)清洗自動(dòng)疏通，

18、 最終達(dá)到提高輸油效率，安全輸油之目的。 液體彈性波輸送工藝技術(shù)的研發(fā)，充分利用了這一跨學(xué)科相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的成果和經(jīng)驗(yàn)，該工藝屬于物理處理輸送工藝，它同時(shí)具有剪切處理壓力處理的工藝技術(shù)特點(diǎn)。,四、原油降凝劑的作用機(jī)理及發(fā)展歷程,,,,目前，國內(nèi)主要干線以加熱輸送為主，每年我國僅用于加熱輸送而燒掉的原油就達(dá) 70萬噸左右，這是一個(gè)相當(dāng)可觀的數(shù)目，在我國原油資源十 分緊張的情況下，必須盡快尋找出含蠟原油不加熱輸送方法。,原油降

19、凝劑通過與原油中的石蠟相互作用，可以阻止蠟晶形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改善了原油的低溫流動(dòng)性，原油實(shí)現(xiàn)常溫輸送。如澳大利亞的杰克遜——布里斯班輸油管道（長1100千米），全年實(shí)現(xiàn)添加降凝劑輸送。在美國，縱貫阿拉斯加管道添加降凝劑后，實(shí)現(xiàn)全年常溫輸送。這也是第一次大規(guī)模商業(yè)性使用降凝劑，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。我國已在多條管線上使用降凝劑，如獨(dú)山子——烏魯木齊輸油管道，添加降凝劑后實(shí)現(xiàn)了常溫輸送，還有東黃線，魏荊線等，每年能節(jié)約上千萬的損耗成本。,4

20、.1 原油降凝劑的降凝作用機(jī)理,,,,,,,,,,,晶核理論,共晶理論,吸附理論,改善蠟的溶解 性理論,降凝劑在高于油品濁點(diǎn)溫度下結(jié)晶析出，成為晶核發(fā)育的中心。,在油品的濁點(diǎn)溫度下，降凝劑與蠟共同析出結(jié)晶，對蠟晶形成了定向作用。,降凝劑在略低于油品濁點(diǎn)的溫度下析出吸附在已析出的蠟晶核的活性中心上。,降凝劑如同表面活劑，增加了蠟在油品中的溶解度，使析蠟量減少，不易形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),4.2 原油降凝劑的發(fā)展歷程,降凝劑從應(yīng)用于

21、餾分油發(fā)展到原油以及高蠟、薪稠原油，依據(jù)時(shí)間順序可將其發(fā)展過程分成4 個(gè)時(shí)期：,20世紀(jì)30年代至50年代,20世紀(jì)50年代至60年代,20世紀(jì)60年代到80年代,80年代后期至今,主要針對餾分油，產(chǎn)物主要是均聚物，如聚異丁烯,采用共聚或混聚對降凝劑進(jìn)行改性，研究范圍從餾分油到原油,隨著高蠟原油的不斷開采，采用多元聚合，開發(fā)了一些新型聚合物，并應(yīng)用于輸油管線。,不再注重新型降凝劑的開發(fā)，而是對某些原有的產(chǎn)品進(jìn)行了改性或復(fù)配，以擴(kuò)大對原油

22、的適應(yīng)面。,,*US 美國專利，F(xiàn)R 法國專利，NL 荷蘭專利，DE 德國專利，GB 英國專利，ZA 南非專利，SU 原蘇聯(lián)專利，Ind 印度專利，JP 日本專利，EP 歐洲專利，WO 國際專利；,五、原油降凝劑的種類及應(yīng)用情況,產(chǎn)品型號：Paradyne 70：乙烯—醋酸乙烯共聚物。 Paradyne 80：醋酸乙烯酯—反丁烯二酸二十二醇酯共聚物。 ECA 5217: 乙烯共聚物。

23、 ECA 4242：乙烯共聚物。 ECA 7388： 反丁烯二酸牛油酯—醋酸乙烯酯共聚物。,,ExxonMobil（美國?？松梨诠荆?,Shell（殼牌公司）,產(chǎn)品型號：SWIM-5：聚丙烯酸高碳醇酯。 SWIM-11：丙烯酸高碳醇酯—烷基苯乙烯共聚物,,BASF（巴斯夫）,產(chǎn)品型號：Keroflux M：醋酸乙烯酯—富馬酸二烷基酯。,,,Sanyo（日本三洋化成）

24、,產(chǎn)品型號：Carryol R 101：聚丙烯酸高碳醇酯。 Carryol CF-201X：乙烯—醋酸乙烯酯共聚物。,Dupont（杜邦公司）,產(chǎn)品型號：Elvax 250 ：乙烯—醋酸乙烯酯共聚物。,國外原油降凝劑的應(yīng)用概況,自從1979年美國縱貫阿拉斯加管道第一次大規(guī)模商業(yè)性使用降凝減阻劑以來，世界上不少國家和地區(qū)的陸地和海底管道先后都實(shí)現(xiàn)了添加降凝劑輸送。（1）鹿特丹—萊茵管線。ESSO 公

25、司在歐洲的鹿特丹管線上對利比亞原油進(jìn)行了試驗(yàn)。加入0.12% 的降凝劑，原油凝點(diǎn)從24℃ 降至0 ℃。 （2）澳大利亞杰克遜—布里期班管線 。1984-1991期間， 澳大利亞杰克遜—布里期班管線采用加劑輸送工藝，降凝劑加量為0.0125%~0.1% 。（3）印度孟買海底管線 。降凝劑加入量為0.04% ，加劑溫度 60~70 ℃，原油凝點(diǎn)從30 ℃降至 3~9 ℃ 。（4）荷蘭北海海底管線 。1985 年， 荷蘭北海海底管線采用

26、添加降凝劑技術(shù)， 加入量為0.2% ，原油凝點(diǎn)從24 ℃ 降至0 ℃ 。,,我國原油降凝劑的種類及應(yīng)用情況,,CE系列,由成都科技大學(xué)、石油管道研究院和中國石油物資公司昆山公司 共同合作開發(fā)成功，它的主要成分是聚不飽和羧酸高級酯。這種降凝劑對含蠟高和含膠質(zhì)瀝青質(zhì)高的原油都具有良好的降凝、降粘效果 ,其適用范圍較廣,在很多條輸油管線上應(yīng)用都獲得了成功。,國內(nèi)主要廠家： 昆山化工廠. CE系列 湖北中楚化

27、工有限公司 ZC-3180 . 上海高橋石化公司 T814,1991年首次在花格線使用,就取得了成功,管輸原油的凝點(diǎn)由 33℃降至23℃。 1992年10月中洛復(fù)線投產(chǎn)時(shí),使用CE降凝劑,原油凝點(diǎn)由 32℃降至22℃,實(shí)現(xiàn)了該線在低輸量下的安全越冬,年節(jié)約 8000t燃料油。 1994年在濮臨線應(yīng)用,原油凝點(diǎn)由32℃降至8℃,進(jìn)站溫度由35℃降至22℃,由七站加熱減至二站加熱運(yùn)行。9個(gè)月節(jié)約燃料油600

28、0t。此外在華北多條管線上應(yīng)用取得成功。,,GY系列,GY系列降凝劑是由管道科學(xué)研究院開發(fā)生產(chǎn)的一種原油降凝劑 ,這種降凝劑對高含蠟原油具有明顯改性效果。它的主要成分是丙烯酸高級酯及多種表面活性劑的混合物。,,廠家：管道科學(xué)院化工廠,1993年至 1995 年在中洛線使用 GY系列降凝劑 ,在加劑量 50mg/ L 條件下 ,可以使該線原油的凝點(diǎn)降低 10～12 ℃,30 ℃ 粘度下降率 92 %。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn) ,中洛線可以實(shí)行隔站點(diǎn)爐

29、的運(yùn)行方式 ,大大節(jié)省了能源。 1993年 ,在馬惠寧線 GY系列降凝劑還代替進(jìn)口降凝劑達(dá)到了同樣的處理效果。 1993年至 1995 年魏荊線原油使用 GY系列降凝劑 ,加劑量 50mg/ L ,凝點(diǎn)降低 12 ℃,35 ℃粘度下降 80 %。該線的最低輸量由原來的5000t/ d降至2500t/ d ,大大加寬了管線的輸油極限 ,經(jīng)濟(jì)效益顯著。這種降凝劑在秦京線、 庫鄯線 使用都獲得滿意的效果。,,,BEM系

30、列,由勘探院油化所研制，它主要由EVA等高分子聚合物改性并添加非離子表面活性劑復(fù)配而成。,,國內(nèi)主要廠家： 徐州華冠石化公司 BEM 北京興有化工有限公司 T1804 石油勘探開發(fā)研究院 EMS,,魯寧線在加劑量為40mg/Kg時(shí)，凝點(diǎn)從加劑前的24℃降到5 ℃，降凝幅度達(dá)到19 ℃。中洛線，加劑量為50mg/Kg時(shí)，降凝幅度達(dá)到19.5 ℃。還有在濮臨線，魏荊線，東黃線，以及東黃復(fù)線降凝效