邱姝娟，宮 敬，閔希華，盧可義

（1.中國石油西部管道分公司，新疆烏魯木齊 830012；2.中國石油大學(xué)（北京），北京 102249；3.中國石油天然氣管道局第二工程分公司，江蘇徐州 221000）

西部原油成品油管道的投產(chǎn)方式

邱姝娟1，宮 敬2，閔希華1，盧可義3

（1.中國石油西部管道分公司，新疆烏魯木齊 830012；2.中國石油大學(xué)（北京），北京 102249；3.中國石油天然氣管道局第二工程分公司，江蘇徐州 221000）

西部原油成品油管道地處沙漠、戈壁干旱地區(qū)，如全線充水投產(chǎn)，備水困難，費(fèi)用高。為此對管道的投產(chǎn)方式進(jìn)行了調(diào)整，首次引入了空管投油的理念。成品油管道投產(chǎn)時油頭前采用一定長度的充水段來確保投產(chǎn)安全；原油管道投產(chǎn)時，采用了兩端同時進(jìn)油的投產(chǎn)方式，尤其是烏鄯原油支干線投產(chǎn)時完全空管投油。文章重點(diǎn)論述了投產(chǎn)排氣方法、油品質(zhì)量控制、最優(yōu)充水長度的確定、成品油和原油管道投產(chǎn)油頭保護(hù)介質(zhì)的選取等。

原油成品油管道；空管投產(chǎn)；排氣；充水長度；油頭保護(hù)介質(zhì)

0 引言

國際上管道的投產(chǎn)方式多種多樣，根據(jù)所輸介質(zhì)和管道條件的不同采取相應(yīng)的投產(chǎn)方案，主要有“全線或部分管段充水后投油”、 “油頭前加氮?dú)獗Ｗo(hù)，油頭和氮?dú)忾g加球隔離，油頂氣直至末站”、“空管投油”三種方式，美國阿拉斯加原油管道、加拿大的穿山管道、歐洲原油管道、科洛尼爾成品油管道系統(tǒng)部分管段等均采用空管投油的投產(chǎn)方式?？展芡队鸵殉蔀榘l(fā)達(dá)國家管道投產(chǎn)方式的主流。國內(nèi)管道建設(shè)起步較晚，管道的投產(chǎn)方式一直采用單一的 “油頂水，即全線充水聯(lián)運(yùn)，正常后投油”的傳統(tǒng)方式，有利于對設(shè)備全面調(diào)試和對工程進(jìn)行檢驗。

西部原油成品油管道沿線地處沙漠、戈壁等干旱地區(qū)，沒有充足水源和備水設(shè)施，只有鄯善站可利用吐哈油田供水，能力約2 000 m3/d、玉門煉廠具備4 000 m3/d上水能力，其他地點(diǎn)不滿足備水水量及水質(zhì)要求，如全線充水，則備水困難、時間長、費(fèi)用高；另一方面，末站也不具備接收全部污水的能力，沿線大量排水不僅對水資源是一種浪費(fèi)，而且對環(huán)保要求來說也是一個難題。為此，根據(jù)西部原油成品油管道沿線實際情況和自身條件，對投產(chǎn)方式進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，首次引入 “空管投油”理念。成品油管道投產(chǎn)時油頭前采用了一定長度的充水段來確保投產(chǎn)安全；原油管道投產(chǎn)時，采用了兩端同時進(jìn)油的投產(chǎn)方式，尤其是烏鄯原油支干線投產(chǎn)時 “完全空管投油”，首次實現(xiàn)了長距離、多泵站、地形復(fù)雜的大落差西部原油成品油管道的空管投油。

1 投產(chǎn)過程

西部成品油管道投產(chǎn)選擇烏魯木齊、鄯善、張掖三個上水點(diǎn)，累計上水18.35萬m3，油頭前水段總長688 km。2006年8月15日22時烏魯木齊首站進(jìn)油投產(chǎn)，經(jīng)過三次停輸備水、備油，于2006年9月25日6：10純凈油品抵達(dá)蘭州末站。投產(chǎn)期間，每個站間擇機(jī)發(fā)送1枚水頭清管器、1～3枚水—水界面清管器，1枚油—水界面清管器來徹底清掃管道。

2007年6月30日鄯蘭原油管道干線正式投產(chǎn)進(jìn)油 （塔里木油），油頭前水段42 km，后在玉門重新上水置換后，于2007年8月1日純油達(dá)到蘭州末站，同時在每個站間發(fā)送水頭、油頭、油—油清管器各一枚。烏鄯原油支干線投產(chǎn)采用了空管投產(chǎn)方式，即烏魯木齊向管道1＃高點(diǎn)進(jìn)油，鄯善原油首站啟動內(nèi)循環(huán)泵向1＃高點(diǎn)反向填充，雙向油頭在1#高點(diǎn)處匯合。

隨著西部原油成品油管道投產(chǎn)試運(yùn)，對電氣設(shè)備、通信系統(tǒng)調(diào)試和自動化控制系統(tǒng)調(diào)試、計量系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等也進(jìn)行了初步調(diào)試和試運(yùn)。

2 投產(chǎn)過程中解決問題所采取的措施

2.1 管道排氣

局部充水管道投產(chǎn)時并非水流直接充滿管道，氣體即被完全推走，而是要經(jīng)歷層狀流、波狀流、氣團(tuán)流及段塞流等狀態(tài)，在特殊情況及部位有時會產(chǎn)生泡沫流和環(huán)狀流，但最終的流態(tài)都將是段塞流。在坡度小、較平坦管道中，氣體則以眾多相互獨(dú)立的大氣囊形式分散存在。有時水平管路內(nèi)的氣團(tuán)在較低流速時移動很慢甚至不移動，這就造成在管路首次充水后的很長時間內(nèi)管路的水平段存有大量氣體 （氣囊），而在加大流速提高流量后，此部分氣體以氣囊形式或者氣囊破碎成氣泡的形式順著水流向下游運(yùn)動，在上坡段就會產(chǎn)生聚集，就會在管道的高點(diǎn)附近造成大量氣體的聚集，對管道的投產(chǎn)產(chǎn)生很大的危害，這部分氣體需要排出管道[1]。西部原油成品油管道投產(chǎn)時，在多個管段發(fā)現(xiàn)存氣較多，尤其是成品油管道投產(chǎn)時，翠嶺到河西段就發(fā)生了嚴(yán)重的氣體聚集現(xiàn)象，造成意外停機(jī)，通過在河西站、2#高點(diǎn)等排氣點(diǎn)重點(diǎn)排氣后，管道安全啟輸。

西部原油成品油管道分管道干線排氣和站場內(nèi)部排氣。管道投產(chǎn)過程中，根據(jù)實際工況，判斷氣體存在的位置，采用動態(tài)正壓法排氣，在排氣點(diǎn)試探性排氣，發(fā)現(xiàn)倒吸或見水后停止排氣。

2.1.1 管道存氣理論計算分析

為驗證管段排氣效果，通過流量計、壓力表等示值變化以及計算管段間壓力降 （摩阻系數(shù)）來判斷是否存氣。如果超聲波流量計示值急劇下降、泵進(jìn)出口無壓差等表明管內(nèi)存氣。同時，因氣體摩阻系數(shù)大于液體摩阻系數(shù)，可通過計算比較管段間摩阻系數(shù)來判斷是否存氣。如某管段存在氣阻，在穩(wěn)定運(yùn)行條件下，實際壓降大于理論壓降。

利用能量守恒原理，反復(fù)計算各站間管輸塔里木原油的理論壓降值，并與實際壓降相對比 （2007年7月份管道存氣驗證見表1）?？梢钥闯?，管道各站間排氣充分，沒有出現(xiàn)因氣體入泵導(dǎo)致氣蝕以及站間壓降反常等現(xiàn)象。

表1 鄯蘭干線管道投產(chǎn)過程存氣驗證

2.1.2 排氣方法

2.1.2.1 管段充水下游建立背壓后排氣

為了盡可能多地排出干線管段氣體，使干線氣體不進(jìn)入站場，適當(dāng)分段建立背壓，適時切換站內(nèi)流程，使水充分填充管道達(dá)到排氣目的。

管道填充采用每個站間距進(jìn)行填充，下游站的出站閥關(guān)死，當(dāng)進(jìn)行上游站到下游站之間填充時，從兩個站間的閥室和下游站的兩處站內(nèi)高點(diǎn)進(jìn)行排氣，當(dāng)此站間距的高點(diǎn)見水后，確認(rèn)此站間距已填充滿，下游站開始用全越站的進(jìn)口閥控制背壓向下游填充，以此類推直到蘭州末站。此方法主要適用于地形起伏、大落差輸油管道排除管內(nèi)氣體。

2.1.2.2 發(fā)送水頭、水中清管器

對于西部原油管道，我們充分吸取了其他管道投產(chǎn)的經(jīng)驗和教訓(xùn)，在每兩個站間擇機(jī)發(fā)送1個水頭清管器、1~3個水—水界面清管器、1個油—水界面清管器來徹底清掃管道。原油管道投產(chǎn)累計發(fā)送清管器24個，其中水頭清管器9個、油—水清管器9個、油—油清管器6個，共清出雜質(zhì)257 kg。通過適時發(fā)送各種界面清管器，既可清除管道雜質(zhì)，又能有效地將管道內(nèi)氣體排出，西部原油管道投產(chǎn)至今運(yùn)行情況表明目前管道內(nèi)基本無氣體殘留。

2.1.2.3 臨時排氣設(shè)施

在閥室和檢測高點(diǎn)排污口法蘭處，安裝連接100 m排污軟管來排氣。排氣結(jié)束后，拆除臨時管道，安裝原凸面鋼制法蘭蓋。這種排氣裝置的特點(diǎn)是：安裝簡易、造價低，但是作用有限，通常在系統(tǒng)充水后一段時間將排氣閥門關(guān)閉，管道中氣體呈多個氣團(tuán)形式存在，排氣裝置在排除一部分氣團(tuán)后，管道中還將有大量氣體存在。

2.1.2.4 利用運(yùn)行設(shè)備上的排氣裝置

啟泵前、充液的同時要利用泵上的排氣閥門進(jìn)行排氣操作，啟動正常后要關(guān)閉排氣閥門。為充分排除泵內(nèi)產(chǎn)生的氣體，可適當(dāng)延長排氣閥門開啟的時間，待設(shè)備穩(wěn)定后再關(guān)閉。

另外，可倒通清管器收、發(fā)流程，打開清管器收、發(fā)筒上部的排空閥門，排除清管器收、發(fā)筒內(nèi)氣體后，關(guān)閉排空閥門并倒回原流程。

2.2 油品質(zhì)量控制措施

為確保管道清潔，在工程建設(shè)過程中采取了以下措施：一是在工程建設(shè)期間，加強(qiáng)管道清掃工作力度，采取每根管對焊清掃、試壓段空氣吹掃清管、站間空氣吹掃清管、大段空氣吹掃清管等措施，最大限度地將管道內(nèi)部的雜物清理干凈。二是采取油頭前加760 km水段，清洗管道。三是在投產(chǎn)期間，采取多項措施確保油品質(zhì)量，主要有：第一，在油水界面合理加隔離清管器，在水頭、水間、油頭加清管器，最大限度把雜物在中間站場清理出去，降低油品雜質(zhì)含量，減少油品的混合；第二，嚴(yán)格控制處于管道翻越點(diǎn)之后各泵站的進(jìn)站壓力，以避免因不滿流現(xiàn)象而引起的混油量增加；第三，定期對管道和各類設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)，避免管道發(fā)生停輸現(xiàn)象。必須停輸時，盡量將混油段停在平坦處或下坡段，盡可能地讓混油段內(nèi)密度較大的油品處于地勢較低的位置處；至于事故停輸，則根據(jù)油水界面位置，關(guān)閉事故點(diǎn)上、下游截斷閥；第四，輸送油品時，確保在紊流狀態(tài)下輸送，讓雷諾數(shù)盡可能高，杜絕在層流狀態(tài)下輸送。兩種油品交替時，加大輸送速度，減少混油體積。

油水混合物到達(dá)蘭州末站后， 為杜絕油花排放到黃河流域，采取 “三點(diǎn)檢測、提前切割”的辦法，結(jié)果實際油水混合物為4 270 m3，僅為計劃量的14%，混油量得到了有效的控制。

3 投產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 最優(yōu)充水段長度的確定

原油黏度較大，攜帶雜質(zhì)能力較強(qiáng)，所以原油管道投產(chǎn)用少量的水或者不用水便可滿足投產(chǎn)安全條件；而成品油相對于原油密度小，黏度小，產(chǎn)品質(zhì)量要求高，為保證空氣段和油段的充分隔離和投產(chǎn)的安全順利，一般會在管道中充入較長的水段來隔離空氣和油品，如何確定最優(yōu)的充水量是至關(guān)重要的。通過對充水階段的分析可以知道，充水段長度主要受地形、流量、管徑以及沿線站場的排污等因素的影響。

地形因素對管道充水量有著至關(guān)重要的影響[2]。在比較平坦的地勢下，管道不會有較大的落差，投產(chǎn)時管道的積氣就會比較少，基本上沒有含氣段。而在大落差管道中，由于落差較大，水頭經(jīng)過高點(diǎn) （排氣點(diǎn)）后形成不滿流繼續(xù)向下游流動，到最低點(diǎn)時形成液封，這樣就會造成管道積氣，形成許多含氣段。隨著水的逐漸填充，液面上升，壓迫氣體逐漸排出管道，直至形成滿管流動。西部成品油管道投產(chǎn)時各個排氣點(diǎn)到下游站場 （控制背壓站場）的距離如表2所示。

表2 各個排氣點(diǎn)到下游站場的距離

從表2可以看出，3#排氣點(diǎn)到張掖成品油泵站段的距離較長，在不考慮管徑、流量、排污等因素的影響下，管道充滿這一段的需水量是最大的。所以在投產(chǎn)計算充水段長度時只要滿足這一段管道能夠充滿，那么其他下坡管段也一定能夠充滿。這一管段的管徑參數(shù)為D 559 mm×7.1 mm，所以這一管段填充量為5.92萬m3。

水頭經(jīng)過高點(diǎn) （排氣點(diǎn)）后形成不滿流繼續(xù)向下游流動，下游站場建立背壓控制壓力后，站場到高點(diǎn)之間的不滿流段的空氣隨著水流的不斷填充逐漸從排氣點(diǎn)排出管道，從而形成滿管流。同時，水頭還要經(jīng)下游站場繼續(xù)向下游流動。因填充滿管段的時間不同，所以在由不滿流到滿管流動的這段時間內(nèi)經(jīng)過下游站場的水的體積就不同。另外，在同樣的地形條件下，不同的管徑充裝滿所需要的水量不同，隨著管道長度的增加，大管徑的管道充裝量明顯高于小管徑的管道。

綜上所述，大落差管道投產(chǎn)優(yōu)化的充水段長度主要受地形、投產(chǎn)流量、管徑等因素的影響，另外在投產(chǎn)過程中管道排污也是一個不可忽視的影響因素。結(jié)合西部成品油管道投產(chǎn)情況來看，每個泵站排污約4 000 m3。

3.2 油頭保護(hù)介質(zhì)對比分析

在實際投產(chǎn)中，氮?dú)獗Ｗo(hù)、水頭保護(hù)或油頭無保護(hù)直接投油都可以選擇。投油過程中先用氮?dú)庵脫Q空氣，氮?dú)夂蟾皖^的方式可隔離油品和空氣，防止油蒸氣和空氣接觸，氮?dú)獗Ｗo(hù)投產(chǎn)中的排氣相對比較復(fù)雜，需在排氣點(diǎn)配置便攜式氮?dú)鉂舛葴y量儀；油頭前加水的方式，可以進(jìn)一步?jīng)_刷、清掃管道，但如果在氣候寒冷的季節(jié)和地區(qū)上水，可能會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象而影響投產(chǎn)；相對于水頭保護(hù)和氮?dú)獗Ｗo(hù)來說，油頭無保護(hù)投產(chǎn)可節(jié)約大量資源，無油水混合物，不污染環(huán)境，減少成本，但油頭無保護(hù)，則油品和空氣無隔離，高流速下油蒸氣和空氣接觸，其安全性不如水和氮?dú)獗Ｗo(hù)方法。因此，長輸管道投產(chǎn)時，應(yīng)根據(jù)管道地形、沿線資源狀況、油品品質(zhì)等因素綜合確定投產(chǎn)方式。通過對比分析三種投產(chǎn)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，對原油、成品油管道投產(chǎn)方式給出如下參考建議：

（1）在成品油管道投產(chǎn)中，由于成品油的黏度低、易揮發(fā)、密度小等特點(diǎn)，對于大落差管道，為確保油品質(zhì)量，其投產(chǎn)可首先選擇少量水頭保護(hù)；對于平原地區(qū)管道，其投產(chǎn)可首先選擇氮?dú)獗Ｗo(hù)，也可選擇水頭保護(hù)。

（2）原油管道投產(chǎn)中，因原油密度大、黏度高、相對安全等特點(diǎn)，對于大落差管道，其投產(chǎn)可首先選擇少量水頭保護(hù)或直接采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，也可考慮直接投油；對于平原地區(qū)管道，其投產(chǎn)可首先選擇直接投油，也可選擇氮?dú)獗Ｗo(hù)投油。

4 結(jié)束語

西部原油成品油管道投產(chǎn)試運(yùn)大膽舍棄常規(guī)的全線充水聯(lián)運(yùn)正常后投油的投產(chǎn)試運(yùn)方式，創(chuàng)造性地采用了油頭前局部充水的投產(chǎn)試運(yùn)方式，這一投產(chǎn)方式應(yīng)用在如此大管徑、長距離管道的投產(chǎn)中在國內(nèi)還是首次，技術(shù)上對現(xiàn)有規(guī)范有所突破，建議對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一定的修訂后給出技術(shù)補(bǔ)充條文，以提高我國輸油管道的投產(chǎn)技術(shù)水平。同時這種投產(chǎn)方式還節(jié)約了水資源，縮短了投產(chǎn)周期，降低了投產(chǎn)能耗，經(jīng)初步測算，西部原油成品油管道投產(chǎn)共節(jié)省費(fèi)用約5.9億元，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]高發(fā)連，劉雙雙，付強(qiáng).西部成品油管道空管投油的技術(shù)分析[J].油氣儲運(yùn)，2006，25(11)：58-61.

[2]張楠，宮敬，閔希華.大落差對西部成品油管道投產(chǎn)的影響[J].油氣儲運(yùn)，2008，27(1)：5-8.

Techniques for Empty Pipeline Commissioning of West Crude Oil and Product Pipeline Project

QIU Shu-juan （CNPC West Pipeline Company,Wulumuqi 830012,China）,GONG Jing,MIN Xi-hua,et al.

West Crude Oil and Product Pipeline Project is located in droughtly desert and Gobi areas.If the pipeline commissioning takes the form of filling water into the whole pipeline,water supply will be difficult and costly.Therefore,the pipeline commissioning form is adjusted and the ideal of empty pipeline commissioning is introduced for the first time.For product pipeline commissioning,a certain length of filling water is set in front of oil-head to ensure safe operation;for crude oil pipeline commissioning,the approach of oil entering from both ends of the pipeline is adopted.Especially for commissioning of Wu-Shan crude oil trunk and branch pipelines,the completely empty pipeline commissioning form is adopted.In this paper,the emphasis is put on the discussion of air exhaust method,oil quality control,determination of optimal length of filling water,selection of oil-head protection medium in pipeline commissioning.

crude oil and product pipelines;empty pipeline commissioning;air exhaust;length of filling water;oil-head protection medium

TE866

B

1001－2206（2011）03－0035－04

邱姝娟 （1976-），女，河北承德人，工程師，2000年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣儲運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)從事輸油生產(chǎn)管理工作。

2010-09-10